[发明专利]一种钨青铜纳米分散体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域。更具体地，涉及一种钨青铜纳米分散体的制备方法及其应用。

背景技术

钨青铜是一种新型的掺杂型半导体材料，具有立方、四方、共生以及六方四种类型的结构，当碱金属元素掺杂进去后，贡献出大量的电子，将一部分六价的钨被还原为五价，使钨青铜化合物中存在晶格缺陷，因此具有特殊的物理性质和化学性质，如：高导电性、高近红外屏蔽作用、浅色透明性、电/光致变色性、光热转换能力以及光催化性。基于以上性能，钨青铜有望被广泛的应用于玻璃节能领域、电/光致变色器件领域、光热治疗领域以及光催化领域。

将钨青铜纳米分散体作为功能材料应用到透明涂料或透明膜材料中，制备出具有高可见光透过率的功能复合材料，它可应用于特殊的光学材料。但是纳米颗粒的表面能很大，处于高度的热力学不稳定状态，颗粒之间易团聚。将其添加到透明涂料体系中时容易导致材料透明度明显下降，不能发挥其纳米功效。因此，如何攻克钨青铜纳米分散体在应用过程中的分散难题，如何制备分散性良好且稳定的钨青铜纳米分散体透明分散体，以发挥其应用时的功能特性，已经成为材料领域人们研究的热点之一。

钨青铜纳米分散体常见的制备方法有机械粉碎法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法和溶剂热法。其中，水热法和溶剂热法可以直接制备得到分散性良好的、具有良好光学性能的钨青铜纳米分散体，而不需要经过高温灼烧处理，从而避免了颗粒在煅烧过程中形成的硬团聚，是制备具有良好光学性能的透明钨青铜纳米分散体的有效方法。

中国专利CN102320662A中，公开了一种用水热法制备铯钨青铜粉体的方法钨酸、碳酸铯和还原性物质的前驱体溶液，溶剂为水或者乙醇与水，在高压釜中反应，所得沉淀经后处理获得铯钨青铜粉体。该方法合成工艺原料廉价、温和、易操作，能够降低生产成本，但是颗粒尺寸较大，光学性能较差。中国专利CN105016392A中，公开了一种铯钨青铜粉体的固相合成法，具体步骤为按W/Cs摩尔比(2-3.5)∶1称取钨化合物、铯盐，混合研磨；将研磨物装入密闭容器中反应，反应温度为750-800℃，反应时间为1-h；反应后得到结晶度完整的蓝黑色铯钨青铜粉，该方法节省气源，工艺简单，反应周期短，但是所需温度太高，增加了成本。

此外，目前对于钨青铜的研究大多局限于钨青铜粉体，而纳米颗粒的表面能很大，处于高度的热力学不稳定状态，颗粒之间易团聚。将其添加到透明涂料体系中时容易导致材料透明度明显下降，不能发挥其纳米功效。而传统搅拌槽式反应器中，成核过程是在非均匀的微观环境中进行的，微观混合状态严重影响成核过程，导致制备颗粒过程中粒度分布不均和批次重现性差，粒度分布窄化。

因此，针对上述问题，需要提供一种简便易行的光学性能和分散性能都良好的钨青铜纳米分散体的制备方法及其应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种钨青铜纳米分散体的制备方法。该方法利用超重力旋转床技术，可以大大强化传质、微观混合，利于放大，生产时间短，易于大规模生产，且制备的钨青铜纳米分散体粒度分布均匀，光学性能好，分散稳定。

本发明的另一个目的在于提供一种钨青铜纳米分散体在玻璃节能领域、电/光致变色器件领域、光热治疗领域以及光催化领域的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种钨青铜纳米分散体的制备方法，包括如下具体步骤：

1)将钨酸盐溶解在去离子水中，超声后磁力搅拌得到钨酸盐水溶液；然后向该溶液中滴加酸，静置后得到钨酸溶胶；将钨酸溶胶离心后得到黄钨酸，并用去离子水洗涤；

2)将步骤1)得到的黄钨酸分散到碱金属盐的水溶液中充分搅拌后得到黄钨酸与碱金属盐溶液的混合物；

3)将步骤2)得到的混合物加入到超重力旋转床中，按比例加入一定量还原剂，在超重力旋转床中循环反应，得到前驱液；所述超重力旋转床为内循环旋转填充床；

4)将步骤3)得到的前驱液转移到水热釜中进行水热反应，将水热后的产物离心洗涤后分散到去离子水中，超声后得到钨青铜纳米分散体。

在超重力场环境下，物相与多孔介质产生流动接触，巨大的剪切力使液体破碎成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中提高1-3个数量级,微观混合和传质过程得到极大强化，因此在超重力旋转床中，成核过程在微观均匀的环境中进行，从而使成核过程可控。本发明发现通过将钨酸溶胶离心得到黄钨酸，以及采用超重力旋转床控制钨青铜前驱液的成核过程，相互协调配合作用，可以制备得到粒径小、分布窄、光学性能好、分散稳定的钨青铜纳米分散体。