專利名稱：一種V₂O₅納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種V2O5納米線的制備方法,屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料作為一種高性能的新型材料，與傳統(tǒng)材料 有許多不同的物理化學(xué)性能，在化學(xué)化工、生物醫(yī)學(xué)、復(fù)合材料、信息、光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。自從Iijima等人于1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，由于一維納米結(jié)構(gòu)材料(納米管、納米棒、納米線、納米帶)顯著的各向異性、優(yōu)良的尺寸效應(yīng)、能夠組成復(fù)雜的納米尺度的結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注，成為當(dāng)今材料學(xué)科及納米器件研究中的熱點(diǎn)。V2O5納米材料由于具有多種化合價(jià)態(tài)和層狀結(jié)構(gòu)能嵌入各種有機(jī)基團(tuán)和金屬離子，而具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)。近年來，一維V2O5納米材料在鋰電池、傳感器、電致變色、電場效應(yīng)晶體管等方面有著潛在的應(yīng)用前景，受到廣泛的關(guān)注和快速的發(fā)展。1995年，Ajayan等人以碳納米管為模板劑的模板法首次合成了釩氧化物管狀納米材料；隨著納米技術(shù)和溶膠-凝膠技術(shù)的發(fā)展，Spahr等人通過溶膠-凝膠法結(jié)合水熱處理成功制備了釩氧化物納米管，Chen等人通過自組裝的方法也成功的制備了釩氧化物納米管，人們對釩氧化物納米材料的研究日益深入，取得了一定的成果，目前一維V2O5納米材料的制備方法主要有模板法、水熱法、CVD、熱蒸發(fā)法、靜電紡絲法、電沉積法和有機(jī)金屬氣相磊晶法等，但在這些制備方法中，需要特殊的化學(xué)藥品，如表面活性劑，催化劑等，而且設(shè)備昂貴，另外，使用催化劑對合成材料的納米結(jié)構(gòu)還存在一定的影響，因此人們一直不斷探索更簡單合理的制備方法來控制釩氧化物納米材料的形貌結(jié)構(gòu)和提高釩氧化物納米材料的各種性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中V2O5納米線的制備工藝復(fù)雜、成本較高的問題。本發(fā)明提出一種簡單優(yōu)化合成V2O5納米線的方法，不需要表面活性劑和催化劑。以V2O5為原料，H2O2為反應(yīng)溶劑，采用電磁-超聲波攪拌方式制取V2O5溶膠，然后，通過提拉法在ITO導(dǎo)電玻璃上沉積V2O5薄膜，通過對薄膜進(jìn)行特殊的熱處理方式，使層狀的V2O5自結(jié)晶，形成V2O5納米線。這種方法具有工藝操作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備V2O5納米線的方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將V2O5溶入H2O2溶液中，按照V2O5=H2O2=0.8g 1.2g:40mL 80mL的比例配置，然后將溫度保持在-2 +1° C，采用電磁攪拌和超聲波攪拌結(jié)合，制備V2O5溶膠溶液；
(2)采用提拉法制備V2O5薄膜，將基片以10 20cm/min的速度插入V2O5溶膠溶液中，靜置10 25分鐘后，以插入基片時(shí)相同的速度提拉出來，待基片上的薄膜干燥后，重復(fù)上述提拉過程4 10次，得到薄膜厚度在0.1 0.4Mffl的V2O5層狀濕膜；
(3 )將V2O5層狀濕膜在室溫下干燥24 48小時(shí)，然后在大氣條件下進(jìn)行熱處理，使V2O5層狀濕膜自結(jié)晶，再從基片上剝離，即得到V2O5納米線。
所述V2O5為分析純，H2O2的濃度為20 40wt%。所述步驟(I)中，采用電磁攪拌在I 5轉(zhuǎn)/秒的攪拌速率下，向冰水浴中的H2O2溶劑(盛有H2O2溶劑的燒杯)中每20 40秒加入0.05 0.1克的V2O5粉末，溶液即呈淺黃色，隨著V2O5粉末的加入，同時(shí)不斷攪拌，溶液顏色逐漸變深直至呈紅褐色溶液時(shí)，再攪拌20 60分鐘后得到無沉淀的透明溶液；然后放在超聲波清洗器上，采用20 IOOKHz的超聲波繼續(xù)攪拌，超聲波清洗器內(nèi)保持溫度在-2 +1°C，促進(jìn)晶粒細(xì)化，使溶液混合更加均勻，攪拌20 60分鐘后，經(jīng)過濾后即得V2O5溶膠溶液(前驅(qū)物溶液)，將所制備的V2O5溶膠溶液(前驅(qū)物溶液)密封保存在-2 +1° C條件下以備后用。所述步驟(2)中采用的基片為ITO導(dǎo)電玻璃，ITO導(dǎo)電玻璃先在濃度為I 10wt%鹽酸中浸泡I 5分鐘，然后采用蒸餾水沖洗，再經(jīng)去離子水清洗，最后在無水乙醇溶液中進(jìn)行超聲波清洗，清洗后的基片使用前均保存在乙醇溶液中。所述步驟(3)中，將制備了薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃基片進(jìn)行熱處理，升溫速率控制在5°(T30°C/min，首先加熱到Tl溫度，保溫20 60min，然后升溫到T2溫度，保溫10 40min,再升溫到T3溫度，保溫30 60min，最后，升溫到T4溫度，保溫30 120min，隨爐冷卻。通過以上熱處理工藝，層狀的V2O5自結(jié)晶形成納米線。所述步驟(3)中的加熱溫度分別為:T1為100 400°C ；T2為150 450°C ；T3為200 500° C ；Τ4 為 250 550° C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本發(fā)明用于制備V2O5薄膜，無需高溫高壓，在冰點(diǎn)附近進(jìn)行，使得工藝簡單；本發(fā)明提供的方法不需要表面活性劑和催化劑，對環(huán)境沒有污染；用本發(fā)明提供的方法制備的V2O5納米線，長度在幾到幾十個(gè)微米之間，寬度大約在15(T300nm之間，厚度約lOOnm。


圖1為熱處理工藝過程；
圖2為500°C熱處理后合成的V2O5納米線形貌；
圖3為500°C熱處理后V2O5納米線的XRD衍射 圖4為500°C熱處理后V2O5納米線的拉曼光譜 圖5為550°C熱處理后合成的V2O5納米線形貌；
圖6為550°C熱處理后V2O5納米線的XRD衍射圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不限于以下所述范圍。實(shí)施例1:本實(shí)施例的V2O5納米線的制備方法為:
(I)將分析純V2O5溶入H2O2溶液(濃度為30wt%)中，按照V2O5 =H2O2=L 2g:60mL的比例配置，采用電磁攪拌和 超聲波攪拌結(jié)合，制備V2O5溶膠溶液；具體是采用電磁攪拌在I轉(zhuǎn)/秒的攪拌速率下，向冰水浴中的H2O2溶劑中每20秒加入0.05克的V2O5粉末，持續(xù)攪拌得到無沉淀的透明溶液；然后將透明溶液放在超聲波清洗器上，采用20KHz的超聲波繼續(xù)攪拌，超聲波清洗器內(nèi)保持平均溫度在0°C，攪拌20分鐘后，經(jīng)過濾后即得V2O5溶膠溶液，將所制備的V2O5溶膠溶液密封保存在-2 +1° C條件下以備后用。(2)采用提拉法制備V2O5薄膜，將基片以lOcm/min的速度插入V2O5溶膠溶液中，靜置20分鐘后，以插入基片時(shí)相同的速度提拉出來，通過重復(fù)上述提拉過程的5次，控制V2O5薄膜的厚度，制得的薄膜厚度在0.1Mm的V2O5濕膜；采用的基片為ITO導(dǎo)電玻璃，ITO導(dǎo)電玻璃先在濃度為10wt%鹽酸中浸泡I分鐘，然后采用蒸餾水沖洗，再經(jīng)去離子水清洗，最后在無水乙醇溶液中進(jìn)行超聲波清洗，清洗后的基片使用前均保存在乙醇溶液中。(3)將V2O5濕膜在室溫下干燥24小時(shí)，然后在大氣條件下放入箱式電阻爐中進(jìn)行熱處理，將升溫速率控制在15°C/min，首先加熱到350° C溫度，保溫30min，然后升溫到400° C溫度，保溫30min，再升溫到450° C溫度，保溫30min，最后，升溫到550° C溫度，保溫30min,隨爐冷卻，將V2O5從基片上剝離后得到V2O5納米線。圖2為獲得的V2O5納米線形貌，圖3為其XRD衍射圖，圖4為其拉曼光譜圖。實(shí)施例2:本實(shí)施例的V2O5納米線的制備方法為:
(I)將分析純V2O5溶入H2O2溶液(濃度為20wt%)中，按照V2O5 =H2O2=0.8g:40mL的比例配置，采用電磁攪拌和超聲波攪拌結(jié)合，制備V2O5溶膠溶液；具體是采用電磁攪拌在2轉(zhuǎn)/秒的攪拌速率下，向冰水浴中的H2O2溶劑中每30秒加入0.08克的V2O5粉末，持續(xù)攪拌得到無沉淀的透明溶液；然后將透明溶液放在超聲波清洗器上，采用SOKHz的超聲波繼續(xù)攪拌，超聲波清洗器內(nèi)保持平均溫度在1°C，攪拌40分鐘后，經(jīng)過濾后即得V2O5溶膠溶液，將所制備的V2O5溶膠溶液密封保存在-2 +1° C條件下以備后用。(2)采用提拉法制備￥205薄膜，將基片以20(^/1^11的速度插入V2O5溶膠溶液中，靜置10分鐘后，以插入基片時(shí)相同的速度提拉出來，通過重復(fù)上述提拉過程的4次，控制V2O5薄膜的厚度，制得的薄膜厚 度在0.1Mm的V2O5濕膜；采用的基片為ITO導(dǎo)電玻璃，ITO導(dǎo)電玻璃先在濃度為8wt%鹽酸中浸泡3分鐘，然后采用蒸餾水沖洗，再經(jīng)去離子水清洗，最后在無水乙醇溶液中進(jìn)行超聲波清洗,清洗后的基片使用前均保存在乙醇溶液中。(3)將V2O5濕膜在室溫下干燥30小時(shí)，然后在大氣條件下放入箱式電阻爐中進(jìn)行熱處理，將升溫速率控制在5° C/min,首先加熱到100° C溫度，保溫20min，然后升溫到150° C溫度，保溫lOmin，再升溫到200° C溫度，保溫40min，最后，升溫到550° C溫度，保溫50min，隨爐冷卻，將V2O5從基片上剝離后得到V2O5納米線。圖5為獲得的V2O5納米線形貌，圖6為其XRD衍射圖。實(shí)施例3:本實(shí)施例的V2O5納米線的制備方法為:
(I)將分析純V2O5溶入H2O2溶液(濃度為40wt%)中，按照V2O5 =H2O2=0.9g:80mL的比例配置，采用電磁攪拌和超聲波攪拌結(jié)合，制備V2O5溶膠溶液；具體是采用電磁攪拌在5轉(zhuǎn)/秒的攪拌速率下，向冰水浴中的H2O2溶劑中每40秒加入0.1克的V2O5粉末，持續(xù)攪拌得到無沉淀的透明溶液；然后將透明溶液放在超聲波清洗器上，采用IOOKHz的超聲波繼續(xù)攪拌，超聲波清洗器內(nèi)保持平均溫度在-2°C，攪拌40分鐘后，經(jīng)過濾后即得V2O5溶膠溶液，將所制備的V2O5溶膠溶液密封保存在-2 +1° C條件下以備后用。(2)采用提拉法制備V2O5薄膜，將基片以15cm/min的速度插入V2O5溶膠溶液中，靜置25分鐘后，以插入基片時(shí)相同的速度提拉出來，通過重復(fù)上述提拉過程的10次，控制V2O5薄膜的厚度，制得的薄膜厚度在0.4Mm的V2O5濕膜；采用的基片為ITO導(dǎo)電玻璃，ITO導(dǎo)電玻璃先在濃度為lwt%鹽酸中浸泡5分鐘，然后采用蒸餾水沖洗，再經(jīng)去離子水清洗，最后在無水乙醇溶液中進(jìn)行超聲波清洗，清洗后的基片使用前均保存在乙醇溶液中。(3)將V2O5濕膜在室溫下干燥48小時(shí)，然后在大氣條件下放入箱式電阻爐中進(jìn)行熱處理，將升溫速率控制在30° C/min,首先加熱到400° C溫度，保溫60min，然后升溫到450° C溫度，保溫40min，再升溫到500° C溫度，保溫60min，最后，升溫到250° C溫度，保溫120min,隨爐冷卻，將 V2O5從基片上剝離后得到V2O5納米線。
權(quán)利要求
1.一種V2O5納米線的制備方法，其特征在于具體制備步驟包括如下: (1)將V2O5溶入H2O2溶液中，按照V2O5=H2O2=0.8g 1.2g:40mL 80mL的比例配置，然后將溫度保持在-2 +1° C，采用電磁攪拌和超聲波攪拌結(jié)合，制備V2O5溶膠溶液； (2)采用提拉法制備V2O5薄膜，將基片以10 20cm/min的速度插入V2O5溶膠溶液中，靜置10 25分鐘后，以插入基片時(shí)相同的速度提拉出來，待基片上的薄膜干燥后，重復(fù)上述提拉過程4 10次，得到薄膜厚度在0.1 0.4Mffl的V2O5層狀濕膜； (3 )將V2O5層狀濕膜在室溫下干燥24 48小時(shí)，然后在大氣條件下進(jìn)行熱處理，使V2O5層狀濕膜自結(jié)晶，再從基片上剝離，即得到V2O5納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V2O5納米線的制備方法，其特征在于:所述V2O5為分析純，H2O2的濃度為20 40wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V2O5納 米線的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，采用電磁攪拌在I 5轉(zhuǎn)/秒的攪拌速率下，向冰水浴中的H2O2溶劑中每20 40秒加入0.05 0.1克的V2O5粉末，持續(xù)攪拌得到無沉淀的透明溶液；然后將透明溶液放在超聲波清洗器上，采用20 IOOKHz的超聲波繼續(xù)攪拌，超聲波清洗器內(nèi)保持溫度在-2 +1° C，攪拌20 60分鐘后，經(jīng)過濾后即得V2O5溶膠溶液，將所制備的V2O5溶膠溶液密封保存在-2 +1° C條件下以備后用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V2O5納米線的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中采用的基片為ITO導(dǎo)電玻璃，ITO導(dǎo)電玻璃先在濃度為I 10wt%鹽酸中浸泡I 5分鐘，然后采用蒸餾水沖洗，再經(jīng)去離子水清洗，最后在無水乙醇溶液中進(jìn)行超聲波清洗，清洗后的基片使用前均保存在乙醇溶液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V2O5納米線的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將制備了薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃基片進(jìn)行熱處理，將升溫速率控制在5°(T30°C/min，首先加熱到Tl溫度，保溫20 60min，然后升溫到T2溫度，保溫10 40min，再升溫到T3溫度，保溫30 60min，最后，升溫到T4溫度，保溫30 120min，隨爐冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的V2O5納米線的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中的熱處理的加熱溫度分別為Tl:100 400°C，T2:150 450°C，T3:200 500°C，T4:250 550°Co
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種V2O5納米線的制備方法，屬于納米材料制備及性能技術(shù)領(lǐng)域。以V2O5為原料，H2O2為反應(yīng)溶劑，在冰水浴中將純V2O5和20～40wt%的H2O2溶液按照V2O5H2O2=0.8g～1.2g:40mL～80mL混合，采用電磁-超聲波混合攪拌方式制取V2O5溶膠，然后，通過提拉法在ITO導(dǎo)電玻璃上沉積V2O5層狀薄膜，通過對薄膜進(jìn)行特殊的熱處理方式，使層狀的V2O5自結(jié)晶，形成V2O5納米線。這種方法不需要表面活性劑和催化劑、無需高溫高壓，具有工藝操作簡單、成本低、形成的納米線結(jié)構(gòu)致密性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G31/02GK103086431SQ201310025659
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者詹肇麟, 彭雁, 張衛(wèi)偉, 劉忠, 李莉, 劉建雄 申請人:昆明理工大學(xué)