二氧化钒控温膜制备方法及二氧化钒控温膜的制作方法_2

文档序号:9680349阅读:来源:国知局
在70%以下,但本产品的透光率高于90%。
[0026]3、此微孔珊瑚状表面结构有序结构均匀,目前尚无报道,居世界领先。
[0027]4、此薄膜制备工艺相对简单、无需贵重及高压设备、操作方便,适合于工业化大规模生产。
[0028]本发明所制备二氧化钒控温膜,可广泛用于智能控温涂层、光致开关、传感器、储存器等领域。和传统技术相比,薄膜透光率接近100 %,远远高出传统50 %?70 %的实验室产品,且调温性能良好。
【附图说明】
[0029]图1 (A和B)是本发明所提供制备方法所得到的微孔珊瑚状二氧化钒控温膜的扫描电镜图;
[0030]图2是本发明所提供制备方法所得到的微孔珊瑚状二氧化钒控温膜的原子力显微镜图;
[0031]图3是本发明所提供制备方法所得到的微孔珊瑚状二氧化钒控温膜的拉曼光谱图;
[0032]图4是本发明所提供制备方法所得到的微孔珊瑚状二氧化钒控温膜的光学性能图。
【具体实施方式】
[0033]为了克服缺陷,本发明新型有序结构二氧化钒控温膜的制备方法,包括以下步骤:
[0034]1)预热纯净水至50-80°C,加入钒的化合物搅拌约30分钟(400_1500r/min)获得五氧化二钒悬浊液(A),其摩尔浓度范围为0.001-1.0M。
[0035]2)将酸加入纯净水中,搅拌(400-800r/min) 1分钟至黄色悬浊液(B),其摩尔浓度范围为 0.005-5.0M。
[0036]3)将水合肼以0.1-lOvol % (体积百分含量)的过量浓度加入黄色悬浊液(B),搅拌(400-800r/min)至均匀无沉淀,得到透明蓝色溶液(C)。
[0037]4)将蓝色透明溶液(C)冷却至室温,加入l_30wt% (质量百分含量)水溶性有机物,搅拌(400-2500r/min)至均匀无沉淀,得到粘稠蓝色透明溶液(D)。
[0038]5)将得到的粘稠蓝色透明溶液(D)均匀地涂覆在玻璃基底上,置于40-100°C干燥5分钟至24小时,得到四价前驱体膜(E)。
[0039]6)将步骤(5)中得到的四价前驱体膜(E)置入流动保护气氛炉中,并在特定的升温温区中通入总含量0.0002-2%的空气,于400-600°C烧结约5小时,烧结处理完毕后即得到高度有序的微孔珊瑚状氧化钒薄膜(见图1 (A以及B)以及图2)。
[0040]在步骤1)中,纯净水可以是去离子水,也可以是蒸馏水。摩尔浓度0.001-1.0M悬浊液,为钒元素在悬浊液中的总浓度为0.001-1.0M。步骤1)中的钒的化合物为常见钒源,如钒酸铵,五氧化二钒和任何钒的过氧化物。
[0041]步骤2)中的酸为浓度20-38%的浓盐酸,也可以选用任何其他浓度的盐酸替代,浓盐酸可以被如硝酸,硫酸等替代,也可以被柠檬酸,草酸,酒石酸,苹果酸等替代,作用在于降低悬浊液的pH至0.1-2。步骤2)中摩尔浓度0.005-5.0M的悬浊液,为盐酸在悬浊液中的总浓度为0.005-5.0M。
[0042]步骤3)中的肼溶液为100%的水合肼溶液,可以用不同浓度的水合肼替代,也可以用其他形式的肼,如盐酸合肼替代。步骤3)中,搅拌的时间为20分钟以上,进一步优选为30分钟至4小时。步骤3)中的过量肼的量为还原所需量的1.0-20倍,优选为2-4倍。提升溶液的PH至1-3,优选为1.5-2.5。步骤3)中可以加入不同的掺杂元素,如钨、钥、镁、钛、铁、铌、锆以及氟等,其中优选钨、钥等。对于钨掺杂,优选的原料为钨酸铵、钨酸、白钨酸和氯化钨等。对于钥掺杂,优选原料为钥酸铵、钥酸等。
[0043]步骤4)中,室温为10_30°C,优选为15_25°C。步骤4)中,水溶性有机物的含量为
l-30wt% (质量百分含量),优选为2-10wt%。步骤4)中,水溶性有机物优选为聚乙烯吡咯烷酮,十六烷基三甲基溴化铵,聚乙烯醇等。步骤4)中,搅拌的时间为10分钟至10小时,进一步优选为1-4小时。
[0044]步骤5)中,基底为能耐高于600°C温度的衬底,进一步优选为石英玻璃或二氧化硅附着的普通玻璃。二氧化硅附着厚度优选为100纳米至50微米。步骤5)中干燥温度为40-110°C,优选为60-80°C。步骤5)中干燥条件为烘箱,或真空干燥箱。干燥时间优选为20分钟至1小时。步骤5)中镀膜工艺包括提拉、旋转涂膜、丝网印刷、流延法等本领域常见镀膜防磨,优选为提拉法和旋转涂膜法。
[0045]步骤6)中,保护气氛为任何惰性气体,优选为高纯度氮气或氩气等。步骤6)中,气氛炉的起始温度为200-500°C,优选为300-400°C。步骤6)中气氛炉的升温速率为1_50°C每分钟,优选为1.5-4°C每分钟。步骤6)中的最高温度保温时间为1分钟至10小时,优选为20分钟至3小时。
[0046]同时,本发明还提供了一种根据如上所述方法制备得到的二氧化钒控温膜。
[0047]步骤1)-6)中,涉及创新性发明的为步骤2)和步骤6),广泛地说,分别为制备极限过量肼的稳定四价钒液的方法和在特定温度区间内的氧气含量控制。其中,本发明的原理是在于当四价的酸性钒液在水分挥发后会形成三价V(0H)2NH2非晶颗粒,并有序地排列于薄膜的有机物中。将薄膜直接提升至一定的温度,导致V (OH) 2NH2非晶颗粒氧化分解,并且四价钒开始结晶为金红石相的二氧化钒。至此在烧结结束后形成高度有序的微孔珊瑚状二氧化钒控温膜。
[0048]采用上述制备方法所获得的二氧化钒控温膜,在室温利用X射线光衍射、拉曼光谱等分析手段对其物相进行表征。在室温下为单斜晶相的二氧化钒,利用紫外-可见光-近红外分光光度计测试了薄膜在250-2500纳米波段的光学透过率,其中可见光(380-750nm波段)透过率峰值超过96%,其高温(80°C )至低温(25°C )在1300纳米的热量集中区域光学调节率超过15%。
[0049]下面结合具体实例进一步阐述本发明,而这些实施个例仅用于说明本发明而不用于显示本发明的保护范围。
[0050]实验例1
[0051 ] 制备不掺杂的微孔珊瑚状二氧化钒控温膜
[0052]1)前驱液制备:
[0053]取五氧化二钒2g,将粉末放入200ml烧瓶,加入60ml去离子水,预热至60°C并持续搅拌10分钟。加入8ml的32%浓盐酸,搅拌1分钟后慢慢加入2ml水合肼,搅拌30分钟至得到透明宝蓝色溶液。自然冷却至室温,加入6g聚乙烯吡咯烷酮K-30,搅拌2小时得到粘稠的前驱液。
[0054]2)清洗基底:
[0055]选择基底为石英玻璃,采用标准RCA工艺清洗,去除表面杂质,浸泡于洗液(70%浓硫酸,30%双氧水)10分钟后,去离子水清洗,然后放入烘箱50°C干燥。
[0056]3)前驱液镀膜:
[0057]选取步骤1)得到的前驱液,采用旋转涂膜机涂膜。速度为3000转每分钟,时间为60秒。得到的薄膜放置于60°C热板干燥10分钟。
[0058]4) 二氧化钒控温膜烧结
[0059]将步骤3)中得到的薄膜放入管式气氛炉炉管中,通入氮气1-2小时,直至炉管中气氛被完全置换为氮气。将炉管预热至300°C,调节氮气流速为4L每分钟,并将薄膜样品推送入有效温区,升温速率设定为2°C每分钟,并在300°C时以1ml每分钟的速率向炉管中推送空气至400°C,需时约50分钟。升温至500-600°C保温2小时后自然冷却至室温。
[0060]图1为实验例1的扫面电子显微镜图,可见成膜均匀,并高度有序。
[0061]图2为实验例1的原子力显微镜图,可见所得二氧化钒控温膜为高度有序的微孔珊瑚表面结构。而这样的结构可大幅度提高薄膜透光率,并且能够保持
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