專利名稱：一種二氧化釩薄膜及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化釩薄膜及其制備方法與應(yīng)用，屬于功能材料制備及應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于全球變暖、溫室氣體排放日益嚴(yán)重，節(jié)能減排已成為世界各國(guó)共同的目標(biāo)，我國(guó)計(jì)劃在十一五期間要實(shí)現(xiàn)能源消耗減少20%的目標(biāo)并頒布了建筑節(jié)能條例。建筑耗能中最嚴(yán)重的是玻璃，其面積達(dá)到總建筑面積的13%左右，而玻璃散熱達(dá)到70%，普通玻璃對(duì)紫外和紅外的隔熱效果不佳。目前，雖有采用隔熱貼膜、熱反色膜等，但其紅外和紫外阻隔并不高。金紅石相(R相)二氧化釩是一種具有相變性質(zhì)的金屬氧化物，在68°C發(fā)生由低溫單斜相(M相)到高溫金紅石相(R相)可逆相轉(zhuǎn)變。伴隨著這種結(jié)構(gòu)變化，其電導(dǎo)率、磁化率、光透過(guò)率等物理性質(zhì)都發(fā)生劇烈變化，使其在智能溫控薄膜具有較大用處。由于其獨(dú)特的性能而被選作二氧化釩薄膜以被應(yīng)用。雖在玻璃表面鍍上二氧化釩薄膜能夠有調(diào)控作用，但在室溫下紅外透過(guò)比較高，節(jié)能效率仍不佳！而應(yīng)用二氧化釩粉體做薄膜卻鮮有報(bào)道。胡明等人在以金屬釩作為靶材，采用對(duì)耙反應(yīng)磁控濺射法，在二氧化硅/硅基片或氮化硅/硅基片上沉積氧化釩薄膜[胡明；梁繼然；陳濤；韓雷；劉志剛具有相變特性二氧化釩納米薄膜的制備方法，Patent No. 101174671]，賴建軍等人以Si3N4或者Si02薄膜為硅襯底采用反應(yīng)離子束濺射法沉積厚度為50-200nm的氧化釩薄膜[賴建軍；何少偉；戴軍；易新建一種高電阻溫度系數(shù)二氧化釩薄膜的制備方法Intent No CN1016^047]。目前所報(bào)道的二氧化釩薄膜多采用液相前驅(qū)物制備，制備的薄膜具有調(diào)控性能但紅外透過(guò)較高。易戈文等應(yīng)用有機(jī)改性樹(shù)脂及金屬氧化物為原料制備出玻璃用隔熱涂層材料[易戈文；盛振宏；岳超玻璃用節(jié)能隔熱環(huán)保涂層材料及其生產(chǎn)方法Intent No.CN101172778]，其材料雖紅外透過(guò)率有所下降但不具有調(diào)控性能。[徐剛；何云富；黃春明；安贊；一種二氧化釩薄膜在玻璃上的低溫沉積方法Intent No CN101265036]，復(fù)旦大學(xué)的武利民等應(yīng)用納米粉體摻雜二氧化釩Vl-XMXO2 (0 < X < 0. 06)，均勻分散在可成膜材料中，制備具有相變功能的智能隔熱保溫[武利民；顧廣新；游波；施劍秋；周樹(shù)學(xué)；一種智能隔熱保溫膜及其制備方法Intent No CN101265374]，其方法是經(jīng)過(guò)摻雜制備薄膜，尚未見(jiàn)到應(yīng)用二氧化釩粉體及二氧化釩粉體與其他物質(zhì)復(fù)合制備薄膜的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述液相法制備的二氧化釩薄膜對(duì)紅外透過(guò)率較高，并且節(jié)能效率不佳等問(wèn)題，提供一種以二氧化釩粉體為原料制備二氧化釩薄膜的方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種采用上述方法制備的二氧化釩薄膜及其用途。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種二氧化釩薄膜的制備方法，所述方法以金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液直接
3鍍膜，烘干后得到二氧化釩薄膜。所述金紅石相二氧化釩可以不是純相，其中可以含有少量的雜相。較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的粒徑小于lOOOnm。較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液中二氧化釩粉體的濃度為l_200g/ L0較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液的溶劑為水或含有聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂的水溶液。進(jìn)一步的，所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液中還包括紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑。即所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液中可以還包括紅外增反材料或成膜促進(jìn)劑中的一種，也可以還同時(shí)包括紅外增反材料和成膜促進(jìn)劑。較佳的，所述成膜促進(jìn)劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，市場(chǎng)上可購(gòu)得的各種型號(hào)的 PVP均適用于本發(fā)明，如K-30、K-90等；所述成膜促進(jìn)劑與所述二氧化釩粉體的質(zhì)量比為 5 1 1 5。較佳的，所述紅外增反材料選自氧化錫銻(ATO)或納米銦錫金屬氧化物(ITO)；所述紅外增反材料與二氧化釩粉體的質(zhì)量比為10 1 1 10。當(dāng)所述的金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液中還包括紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑時(shí)，所述懸浮液的制備方法包括以下步驟將金紅石相二氧化釩粉體研磨，加入溶劑配制成懸浮液，再加入紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑，攪拌并進(jìn)行超聲分散。所得懸浮液能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，放置至少2個(gè)月不會(huì)形成沉淀。本發(fā)明提供的上述二氧化釩薄膜的制備方法中所述鍍膜采用旋涂、淋涂或刷涂方法將所述懸浮液涂覆于基板上。旋涂、淋涂或刷涂均為本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)鍍膜方法，旋涂的薄膜較薄，旋涂的薄膜厚度一股為幾百納米，在IOOOnm以下；淋涂或者刷涂的薄膜較厚， 其薄膜厚度在微米級(jí)別；淋涂或者刷涂試樣在可見(jiàn)光處的透過(guò)率低于旋涂試樣。所述基板可以為玻璃基板、高分子基板或樹(shù)脂基板；將所述懸浮液涂覆于基板上后，不需經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，采用常規(guī)方法干燥后即可得到所需厚度的薄膜。進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種采用上述二氧化釩薄膜的制備方法所獲得的二氧化釩薄膜，所述薄膜對(duì)紅外通過(guò)率的調(diào)控性能大于3%，即至少有3%的相變性能。較佳的，所述薄膜的厚度為10_2000nm。本發(fā)明所制備的薄膜不僅可以用作智能節(jié)能涂層，也可以應(yīng)用于太陽(yáng)能溫控裝置、微型光開(kāi)關(guān)器件、熱敏電阻或光信息存儲(chǔ)器件等的制備。該薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率高，紫外和紅外透過(guò)率較低，且對(duì)紅外具有明顯的調(diào)控性能；添加紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑后的薄膜，其節(jié)能效率比單獨(dú)的二氧化釩薄膜高。本發(fā)明與現(xiàn)有的其它方法制備的薄膜相比，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1)薄膜制備工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，生產(chǎn)成本低，便于控制；2)薄膜厚度可控；3)薄膜既具有調(diào)控性能又可很好的阻隔紫外線和紅外線；4)與用液相法制得的薄膜相比，薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率較高且具有調(diào)控性能。


圖1為含不同濃度ATO的二氧化釩旋涂薄膜室溫曲線；其中，a和b為實(shí)施例1、2 含不同濃度ATO旋涂試樣在室溫下的透過(guò)曲線；圖2為含不同濃度ATO旋涂薄膜的升溫曲線；其中，A、B為實(shí)施例1、2含不同濃度 ATO旋涂試樣在2000nm處的升溫測(cè)試曲線圖3為含不同濃度ATO的二氧化釩淋涂薄膜室溫曲線；其中，C、D為實(shí)施例3、4含不同濃度ATO淋涂試樣在室溫下的透過(guò)曲線圖4為含不同濃度ATO淋涂薄膜的升溫曲線；其中c、d為實(shí)施例3、4含不同濃度 ATO旋涂試樣在2000nm處的升溫測(cè)試曲線圖5為實(shí)施例5中不含ATO但加入成膜劑的室溫透過(guò)曲線圖6為對(duì)應(yīng)實(shí)施例5不含ATO但加入成膜劑試樣在2000nm處的升溫曲線圖7為對(duì)應(yīng)實(shí)施例7的液相法制得的二氧化釩的室溫透過(guò)曲線圖8為對(duì)應(yīng)實(shí)施例8加入ATO但不加入成膜劑的室溫透過(guò)曲線圖9為對(duì)應(yīng)實(shí)施例9加入聚氨酯樹(shù)脂后的室溫透過(guò)曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將0. Ig VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. Ig ATO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱中干燥后， 即可得到二氧化釩薄膜。實(shí)施例2 將0. 3g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 15g ATO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱中干燥后， 即可得到二氧化釩薄膜。實(shí)施例3 將0. 5g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 2g ATO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用淋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。實(shí)施例4:將Ig VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 3g ATO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用淋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。實(shí)施例5 將Ig VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30后超聲分散60min即可涂膜，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用刷涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。
實(shí)施例6 將0. 005g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 025g 聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 05g ATO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮
液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。獲得的薄膜進(jìn)行檢測(cè)，其紫外透過(guò)率、可見(jiàn)光透過(guò)率、紅外透過(guò)率、對(duì)紅外的調(diào)控性能大于3%。實(shí)施例7 以硫酸氧釩為原料制備0. lmol/L的水溶液，然后旋涂制備薄膜，在500°C燒結(jié)即可得到液相法制備的二氧化釩薄膜。實(shí)施例8 將0. 005g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，同時(shí)加入0. 05g ATO攪拌 30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。實(shí)施例9將0.5g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，同時(shí)加入2g的水性聚氨酯樹(shù)脂(拜耳水性聚氨酯樹(shù)脂，型號(hào)U54)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 2g ATO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用淋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。實(shí)施例10 將0. Ig VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-90，同時(shí)加入0. Ig ITO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱中干燥后， 即可得到二氧化釩薄膜。經(jīng)測(cè)試，其室溫曲線和升溫曲線與實(shí)施例1基本相同。實(shí)施例11 將0. 3g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-90，同時(shí)加入0. 15g ITO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱中干燥后， 即可得到二氧化釩薄膜。經(jīng)測(cè)試，其室溫曲線和升溫曲線與實(shí)施例2基本相同。實(shí)施例12 將0. 5g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 2g ITO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用淋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。經(jīng)測(cè)試，其室溫曲線和升溫曲線與實(shí)施例3基本相同。實(shí)施例13 將Ig VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 3g ITO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用淋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。經(jīng)測(cè)試，其室溫曲線和升溫曲線與實(shí)施例4基本相同。
實(shí)施例14 將0. 005g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，并不斷攪拌，加入0. 025g 聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0. 05g ITO攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用旋涂方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。經(jīng)測(cè)試，其室溫曲線和升溫曲線與實(shí)施例5基本相同。實(shí)施例15將0. 5g VO2粉體研磨以后放入含5ml水的小燒杯內(nèi)，同時(shí)加入2g的水性聚氨酯樹(shù)脂(拜耳水性聚氨酯樹(shù)脂，型號(hào)U54)，并不斷攪拌，加入0. 25g聚乙烯吡咯烷酮K-30，同時(shí)加入0.2g ΙΤ0，攪拌30min后超聲60min，制得懸浮液，該懸浮液可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。采用淋涂
方法將所得懸浮液涂覆于玻璃基板上，再于室溫或者烘箱干燥后，即可得到二氧化釩薄膜。 經(jīng)測(cè)試，其室溫曲線和與實(shí)施例9基本相同。
權(quán)利要求
1.一種二氧化釩薄膜的制備方法，所述方法以金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液直接鍍膜，烘干后得到二氧化釩薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述金紅石相二氧化釩粉體的粒徑小于lOOOnm。
3.如權(quán)利要求1所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液中二氧化釩粉體的濃度為l_200g/L。
4.如權(quán)利要求1所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液的溶劑為水或含有聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂的水溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述鍍膜為采用旋涂、 淋涂或刷涂方法將所述懸浮液涂覆于基板上。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述金紅石相二氧化釩粉體的懸浮液中還包括紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑。
7.如權(quán)利要求6所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述成膜促進(jìn)劑為聚乙烯吡咯烷酮；所述成膜促進(jìn)劑與所述二氧化釩粉體的質(zhì)量比為5 1 1 5。
8.如權(quán)利要求6所述的二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述紅外增反材料選自氧化錫銻或納米銦錫金屬氧化物；所述紅外增反材料與二氧化釩粉體的質(zhì)量比為 10 1 1 10。
9.一種如權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的制備方法所獲得的薄膜，其特征在于， 所述薄膜對(duì)紅外通過(guò)率的調(diào)控性能大于3%。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜在智能節(jié)能涂層、太陽(yáng)能溫控裝置、微型光開(kāi)關(guān)器件、熱敏電阻或光信息存儲(chǔ)器件的制備中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種直接以金紅石相二氧化釩粉體為原料制備二氧化釩薄膜的方法，并且引入了紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑。采用該方法獲得的薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率高，紫外和紅外透過(guò)率較低，且對(duì)紅外具有明顯的調(diào)控性能；添加紅外增反材料和/或成膜促進(jìn)劑后的薄膜，其節(jié)能效率比單獨(dú)的二氧化釩薄膜高。該薄膜不僅可以用作智能節(jié)能涂層，也可以應(yīng)用于太陽(yáng)能溫控裝置、微型光開(kāi)關(guān)器件、熱敏電阻或光信息存儲(chǔ)器件等的制備。
文檔編號(hào)C08J7/06GK102336528SQ20101023878
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者周家東, 曹傳祥, 羅宏杰, 陳長(zhǎng), 高彥峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所