[发明专利]一种燃烧法制备二氧化钒及其掺杂粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及单斜相和四方金红石相二氧化钒粉体的制备，尤其是涉及基于燃烧法制备其粉体、纳米粉体和掺杂粉体的方法。

背景技术

钒氧化合物是一类非常重要的具有智能特性的材料，环境温度的变化会引起材料的晶体结构、电畴结构、磁结构的变化，从而导致光学特性上的较大变化。尤其是二氧化钒(VO₂)更是受到人们特别的关注。

单斜相VO₂(VO₂(M))和四方金红石相VO₂(VO₂(R))粉体，可以通过相变导致其对外界，如太阳光红外线部分，进行智能调控而实现智能节能。单晶VO₂的金属-绝缘体相变温度大约是68℃。在这个温度下，VO₂的晶体结构会从高温下四方相金红石结构(金属性质)向低温下单斜相(绝缘体性质)转变，晶体结构的转变伴随着光、电性能的突变。从高温下的四方相到低温下的单斜相，VO₂的红外透过率急剧升高，而直流电阻系数发生5个量级以上的突变。

VO₂的这种金属-绝缘体相变的特殊性质使其在光电转换材料、光存储、激光保护和视窗太阳能控制等方面有着潜在的应用。VO₂是一种典型的对外界红外线进行感知和调控的材料，单斜相(低温相)具有红外透过的功能，而四方相(高温相)具有阻隔红外线的特性，可以用于智能房屋温度的自动调节。因此，二氧化钒材料作为一种能对外界环境变化产生响应的新型智能材料，具有极其广阔的智能节能应用前景。随着人们对其变色规律的进一步认识，特别是通过将变色稳定性和温度敏感度进一步提高，必将大大拓宽其应用领域与应用方式，产生显著的社会效益和经济效益。

到目前为止，具有智能节能性能的二氧化钒粉体(VO₂(M)和VO₂(R)相)制备无一例外的需要在通氢气或者惰性气氛的气相沉积设备下实现。这种方法需要昂贵的成本同时很难控制其中的钒的价态，很难得到VO₂的纯相。这使得单斜相和四方金红石相二氧化钒(VO2(M)和VO₂(R))粉体的制备成本大大提高，很难实现规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、产率高、纯度好、且能大批量生产的制备智能节能性能的二氧化钒粉体(VO₂(M)和VO₂(R)相)的方法。

为实现上述至少一个发明目的，本发明提供了一种采用燃烧法制备二氧化钒的方法，包括：向装有适量可燃性有机溶剂的燃烧装置中加入钒源，所述燃烧装置在-5℃～40℃的环境中进行反应，使得反应物完全燃烧，收集得到二氧化钒。

上述方法中用到的燃烧装置可以是本领域中常用的工业炉燃烧装置、或者常用燃烧器，也可以是玻璃或金属制广口瓶、烧杯或烧瓶，以及其他能够满足技术方案的装置。

可燃性有机溶剂的加入量应按照加入钒源的种类和量进行计算，“适量”的含义就是使得反应物最终得以完全燃烧。

根据本发明的一个方面，所述可燃性有机溶剂包括烷烃类溶剂、芳香环类溶剂、醇类、醛类或有机酸类物质及它们的组合，以及其他能够达到同样技术效果的物质。

根据本发明的另一方面，上述制备二氧化钒的方法，其中所述钒源包括偏钒酸铵、原钒酸钠、V₂O₅、VOSO₄、V₆O₁₅、乙酰丙酮氧钒配合物或邻香草醛氧钒配合物及它们的组合，以及其他能够达到同样作用的物质。

根据本发明的一个方面，利用本方法所得二氧化钒也可以是纳米粉体。采用本发明方法，只要选择不同的有机溶剂和钒源的组合，可以实现其颗粒尺度和形貌的控制。具体来说，当所述钒源选自原钒酸钠、乙酰丙酮氧钒配合物或邻香草醛氧钒配合物时，所述有机溶剂选自醇类溶剂，此时收集得到的所述二氧化钒为实心球纳米粉体；当所述钒源选自VOSO₄时，所述有机溶剂选自芳香环类溶剂或醛类，此时收集得到的所述二氧化钒为纳米带粉体。比如运用原钒酸钠在甲醇中燃烧，可以实现均匀实心球的控制；运用VOSO₄在甲苯中可以实现纳米带的制备等。此处钒源较好地溶解于有机溶剂，由于钒源有效地分散在溶液相中，这时候会出现均匀成核，引导纳米结构的生长。