一种柔性二氧化钒薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及一种柔性二氧化钒薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会经济的迅速发展，保持建筑物适宜居住的温度消耗了全球能源供应的相当大一部分，控制建筑玻璃的热传递是降低能耗的有效途径之一。二氧化钒在相变温度为68℃时经历了可逆的金属到绝缘体的转变，并伴随近红外光学性质的显著变化。在低温时呈现绝缘体单斜相，对近红外光透明，高温时呈现金属金红石，对近红外光具有反射作用，在热致变色智能窗等方面具有广泛的应用前景。

2、通常二氧化钒薄膜有两种制备方法，一种是在刚性基底上沉积二氧化钒薄膜，另一种是利用二氧化钒纳米颗粒制备柔性薄膜。其中在刚性基底上制备二氧化钒薄膜的方法包括磁溅射法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积法、湿化学沉积法等。然而，化学气相沉积技术需要昂贵的设备而湿化学方法制备方法极为复杂。此外，为了获得高质量的二氧化钒有良好的热致变色性能，通常需要一个热处理后的过程，这就需要选择与二氧化钒热膨胀系数接近的衬底，以避免在热处理过程中薄膜破损。

3、与刚性基底上的二氧化钒薄膜相比，柔性薄膜成本较低、生产规模大、用途更为广泛，具有很大的优势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔性二氧化钒薄膜的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、合成一种柔性二氧化钒薄膜包括以下步骤：

3、首先将聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚偏氟乙烯六氟丙烯等聚合物树脂中的一种或两种以上置于容器中，加入有机溶剂，有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、环丁砜中的一种或两种以上，50-90℃加热，持续搅拌1-6小时，使聚合物树脂全部溶解于有机溶剂，配置成质量浓度为2％-15％的聚合物树脂基液。

4、再将纳米二氧化钒颗粒置于相同有机溶剂中，二氧化钒与有机溶剂的质量比为1:30-1:1，超声波震荡10-60分钟，使二氧化钒颗粒在溶剂中分散均匀，将二氧化钒与有机溶剂的混合物置于聚合物树脂基液中，室温下搅拌0.5-6小时，得到粘稠状混合物，混合物中聚合物树脂与二氧化钒的质量比为20:1-1:1。

5、最后将玻璃板用去离子水和酒精清洗三次，烘干，将粘稠状的混合物倒在表面，并用涂膜器涂膜直至平滑，获得二氧化钒薄膜，二氧化钒薄膜厚度为400-1000微米。将二氧化钒薄膜置于40-100℃干燥箱中，干燥0.5-4小时，自然降温至室温，用镊子小心取下，最终得到黑色柔性薄膜，即为柔性二氧化钒薄膜。

6、聚丙烯腈的平均分子量范围(50000-250000)，优选(85000-150000)；聚乙烯醇的平均分子量范围(20000-100000)，优选(80000-90000)；聚乙烯吡络烷酮的平均分子量范围(10000-1300000)，优选(50000-1000000)；聚偏氟乙烯六氟丙烯的平均分子量范围(400000-600000)，优选(500000-600000)；聚环氧乙烷的平均分子量范围(70000-5000000)，优选(1500000-3500000)；聚乙烯的平均分子量范围(100000-500000)，优选(200000-300000)；聚苯乙烯的平均分子量范围(100000-400000)，优选(300000-300000)。

7、进一步地，将聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚乙烯、聚苯乙烯等聚合物树脂中的一种与有机溶剂混合均匀，水浴加热反应温度为60℃-80℃，反应时间为2-5小时，配置成5％-10％浓度的聚合物基液；进一步地，将二氧化钒颗粒与有机溶剂超声震荡20-40分钟，二氧化钒与有机溶剂的质量比为1:20-1:5，再与聚合物基液室温下搅拌1-3小时，得到粘稠状混合物，混合物中聚合物树脂与二氧化钒的质量比为10:1-3:1；

8、进一步地，将玻璃板用去离子水和酒精清洗三次，烘干后将制得的粘稠状混合物倒在玻璃板表面，并用涂膜器涂膜直至平滑，获得二氧化钒薄膜，二氧化钒薄膜厚度为750-1000微米；

9、进一步地，上述二氧化钒薄膜产物在50-90℃烘箱中干燥0.5-1小时，获得柔性二氧化钒薄膜；

10、进一步地，有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、环丁砜中的一种或两种以上；

11、进一步地，所述柔性二氧化钒薄膜为黑色柔性薄膜。

12、该方法以聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚乙烯、聚苯乙烯等聚合物树脂为柔性基材，物理共混纳米级二氧化钒，合成一种柔性二氧化钒薄膜。

13、本方法合成的柔性二氧化钒薄膜在同一相变温区内具有双重相变特性，在相变前后对近红外光具有选择性智能反射功能，二氧化钒分散均匀，且合成方法简单、安全，易于制备。在维持环境热稳定，电子器件热管理，智能红外隐身方面具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种柔性二氧化钒薄膜，其特征在于，所述柔性二氧化钒薄膜包括柔性基材的聚合物树脂和纳米级二氧化钒颗粒，所述聚合物树脂为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种或两种以上。

2.根据权利要求1所述的柔性二氧化钒薄膜，其特征在于，纳米级二氧化钒颗粒的粒径为1-100纳米，薄膜中柔性基材的聚合物树脂与二氧化钒的质量比为20:1-1:1，优选(10:1-1:1)。

3.根据权利要求1或2所述的柔性二氧化钒薄膜，其特征在于，聚丙烯腈的平均分子量范围(50000-250000)，优选(85000-150000)；聚乙烯醇的平均分子量范围(20000-100000)，优选(80000-90000)；聚乙烯吡络烷酮的平均分子量范围(10000-1300000)，优选(50000-1000000)；聚偏氟乙烯六氟丙烯的平均分子量范围(400000-600000)，优选(500000-600000)；聚环氧乙烷的平均分子量范围(70000-5000000)，优选(1500000-3500000)；聚乙烯的平均分子量范围(100000-500000)，优选(200000-300000)；聚苯乙烯的平均分子量范围(100000-400000)，优选(300000-300000)。

4.一种权利要求1-3任一所述柔性二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中聚合物树脂为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种或两种以上；聚丙烯腈的平均分子量范围(50000-250000)，优选(85000-150000)；聚乙烯醇的平均分子量范围(20000-100000)，优选(80000-90000)；聚乙烯吡络烷酮的平均分子量范围(10000-1300000)，优选(50000-1000000)；聚偏氟乙烯六氟丙烯的平均分子量范围(400000-600000)，优选(500000-600000)；聚环氧乙烷的平均分子量范围(70000-5000000)，优选(1500000-3500000)；聚乙烯的平均分子量范围(100000-500000)，优选(200000-300000)；聚苯乙烯的平均分子量范围(100000-400000)，优选(300000-300000)。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、环丁砜中的一种或两种以上。

7.一种权利要求1-3任一所述的柔性二氧化钒薄膜的应用，其特征在于，其可作为相变材料应用于环境热稳定，电子器件热管理，智能红外隐身等方面。

技术总结
本发明公开了一种柔性二氧化钒薄膜的制备方法。该方法以聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚偏氟乙烯六氟丙烯、环氧乙烷、聚乙烯、聚苯乙烯等聚合物树脂中的一种或两种以上为柔性基材，物理共混纳米级二氧化钒，合成一种柔性二氧化钒薄膜。本方法合成的二氧化钒薄膜为柔性薄膜，在相变前后对近红外光具有选择性智能反射功能，二氧化钒分散均匀，且合成方法简单、安全，易于制备。在维持环境热稳定，电子器件热管理，智能红外隐身方面具有广泛的应用前景。

技术研发人员：史全,戴鹤男,寇艳
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10