[发明专利]一种二氧化钒纳米棒状薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钒纳米棒状薄膜的制备方法，尤其涉及一种通过电化学沉积法制备具有纳米棒状结构的二氧化钒薄膜，属于无机功能材料技术领域。

背景技术

二氧化钒是一种典型的热致相变材料，在已发现的相变材料中，它的相转变温度为68℃，最接近室温，低于这一温度时，它从单斜结构向金红石结构转变，从而呈现半导体相，其电阻率、磁化率和对红外光的透过率都很高；当温度高于相变温度时，它呈现金属相，其电阻率、磁化率和对红外光的透过率均会降低，体现出明显的红外开关、电学开关及磁学开关的特性。如果对其进行高价金属离子掺杂，可以实现对其相转变温度的调节，同时并不影响其可逆的电学、磁学以及红外开关的性质。基于二氧化钒优异的光、电和磁性能，将其开发并应用于建筑物智能窗体，光电开关，光电存储以及热敏元件等方面具有非常重要的应用价值。

二氧化钒在光学、电学和磁学开关等方面的应用主要是以薄膜的形式，而将薄膜制备成纳米棒状则可以极大地提高其有效接触面积，从而更好地发挥其优异的特性。目前已经开发出许多相关的制备方法与工艺，如中国专利CN101700909、中国专利CN101391814等采用水热法制备二氧化钒，首先制备成二氧化钒纳米粉体，再二次溶解涂覆成膜，其制备条件较苛刻，反应周期长，成膜过程中由于工艺所限，薄膜厚度以及均匀致密性不易控制。中国专利CN101280413A、中国专利CN101265036A均采用磁控溅射镀膜的方法在玻璃衬底上直接低温沉积二氧化钒薄膜，虽然为一次成膜，但是需要用到大型的磁控溅射设备，能耗过高，不仅增加了生产成本，还需要精确控制参数，不利于大量制备，限制其推广应用。因此，开发一种简便、高效、一次成膜的二氧化钒纳米棒状薄膜制备的方法便成为一个新的技术难点。

发明内容

本发明提供一种通过电化学沉积制备二氧化钒纳米棒状薄膜的方法，以解决目前制备二氧化钒薄膜存在的上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种二氧化钒纳米棒状薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

a）将四价钒化合物溶解于溶剂中，得到电解液；

b）在步骤a）得到的电解液中加入分散剂，搅拌10～60分钟，超声分散10～60分钟，得到澄清电解液；

c）调节步骤b）得到的电解液的pH值为1～5，备用；

d）将导电基板经清洗并烘干后，与电极平行放入步骤c）得到的电解液中，在0.1～20V的加载电压下通电5～120分钟，进行电化学沉积镀膜；

e）沉积结束后，将步骤d）得到的产品在50～150℃下干燥10～60分钟，然后在还原性气氛中，于100～800℃下退火处理0.1～24小时，得到二氧化钒纳米棒状薄膜。

实验前处理过程中，对于镀膜基板的洁净性有着非常高的要求，未清洗干净的基板由于表面张力不均衡，会使薄膜形成的过程中各方向应力不对称，导致薄膜形貌的规整性变差；沉积过程中，电压选择在一定范围内，电压过低则无法达到晶相形成的过电位，导致无法成膜。而电压过高，则会使薄膜生长速率超过晶相的成核速率，导致堆叠现象的发生，不利于形成致密均匀的薄膜。

后处理过程中，退火处理温度过低不利于形成结晶相，而温度过高会使薄膜收缩严重，在一定范围内，随着温度的升高，生成的纳米棒会更长更细。

作为一种优选方案，步骤a）中所述的溶剂为去离子水或醇类溶剂与去离子水的混合液，所述去离子水与醇类溶剂的混合液中，醇类溶剂与去离子水的体积比为1：1～10：1。

作为进一步优选方案，所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇中的至少一种。

作为一种优选方案，步骤a）所述的电解液中，四价钒化合物的摩尔浓度为0.001～10mol/L。

作为一种优选方案，所述四价钒化合物选自乙酰丙酮氧钒、硫酸氧钒、二氯二茂钒中的至少一种。

作为一种优选方案，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、焦磷酸钠和多偏磷酸钠中的至少一种。

作为一种优选方案，步骤d）中对导电基板进行清洗的方法是依次经过醇类溶剂、酮类溶剂、酸类溶剂、去离子水清洗，其中，所述的醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇等的至少一种；所述酮类溶剂选自丙酮、乙酰丙酮、丁酮中的至少一种；所述酸类溶剂选自甲酸、乙酸、盐酸、硫酸中的至少一种。

作为一种优选方案，步骤d）中所述的电极与导电基板之间的距离为0.5～10cm。