[发明专利]一种高相变潜热氧化钒粉体及其制备方法

说明书

本发明公开一种高相变潜热氧化钒粉体及其制备方法，涉及热致变色材料技术领域。本发明以五氧化二钒、草酸和PVP为开始材料，通过水热合成法制备出PVP改性的B相VO₂纳米粉体；然后对PVP改性B相VO₂纳米粉体在氧气氛下高温退火，制得具有高相变潜热的氧化钒粉体，该粉体由M相VO₂和V₆O₁₃组成；其中：相V₆O₁₃的百分含量为1～4％，其余为M相VO₂；其相变潜热均大于50J/g，相较于未添加PVP的传统真空退火制得的氧化钒粉体，依据本发明所制得氧化钒粉体的相变潜热能至少提高60％。本发明提供的制备方法反应条件温和，操作简单，能耗少，成本低，有利于批量制备。

技术领域

本发明涉及热致变色材料技术领域，具体涉及一种具有高相变潜热特性的氧化钒粉体及其制备方法。

背景技术

热致变色涂层是一种智能型热控涂层，可根据涂层的温度变化来自动调整材料自身对太阳光透射率等热控参数，从而达到控制物体温度的热控技术，其核心是热致变色材料。目前，在热致变色涂层技术应用中，研究较为集中的热致变色材料主要包括以VO₂为代表的无机相变材料和以液晶或热敏聚合物为代表的高分子材料。其中，VO₂热致变色涂层具有良好的透明性、制备成本低、相变可逆、响应速度快、相变温度接近室温、化学性质稳定、能够主动地智能调节涂层材料在太阳光红外波段的透过率等特性，已成为智能窗等的控温涂层的重要技术方向之一。

VO₂的热致变色能力主要是源于VO₂的半导体-金属相变(Semicondutor-to-metaltransition：SMT)，VO₂的SMT是可逆的一级相转变。发生相变前后，VO₂电学性质与光学性质在近乎纳秒的时间内发生突变：一是相变前后载流子浓度的突增引起电阻率和电导率的跃变，二是相变前后其光学特性如折射率n、反射率R以及入射光透过率T、吸收率A在红外波段会发生显著的变化。这些优越的性质使得VO₂材料在各个方面展现出巨大的前景，引起各国研究人员的广泛兴趣。对热致变色应用而言，当温度低于相变温度时，VO₂为单斜相的半导体态，对红外光具有较高的透过率；而当温度高于相变温度时，VO₂转变为具有四方相的金属态，对红外光的透过率低。基于该特性，VO₂涂层可以实现对室内温度的智能调节。与其它钒氧化物相比，VO₂的相变温度为68℃，最接近室温。因此，VO₂成为最有希望用于热致变色智能窗的材料之一。此外，相变引起的电学突变特性使VO₂电学开关和光学存储领域也具有一定的潜力。

VO₂的相变特性与其结构的密切相关。单晶VO₂典型的转换温度约68℃，在该温度附近，温度变化0.3℃，其电阻率将实现多达5个量级的突变。而多晶VO₂的转换温度、相变调制幅度、相变滞回宽度等相变特性都与单晶有较大差别。例如：多晶VO₂通常具有更低的相变调制幅度和更宽的相变滞回宽度。这主要是与多晶VO₂中存在的大量晶界和有限的晶粒完整性有关。晶界处的点阵畸变导致晶粒间的相变不连续，从而导致相变调制幅度降低、相变滞回变宽。通常，对VO₂粉体材料而言，直接衡量其相变调制能力的参数是相变潜热。对单晶VO₂而言，SMT所吸收的相变潜热主要用于克服VO₂晶体结构从单斜相到四方相转变时点阵结构转变所需要的能量。因而对多晶材料而言，由于晶界不参与点阵结构转变，而导致多晶VO₂的相变潜热低于单晶VO₂。这导致多晶VO₂的相变调制能力也低于单晶VO₂。但是，单晶VO₂的制备工艺复杂，成本高。因此热致变色VO₂涂层的研究大多集中在多晶VO₂的制备和特性研究上。