專利名稱：一種共沸蒸餾制備納米級二氧化釩摻雜粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料的制備領(lǐng)域，涉及到一種共沸蒸餾制備納米級二氧化釩
摻雜粉體的工藝方法。
背景技術(shù)：
二氧化釩(V02)是一種具有相變特性的金屬氧化物，在6『C左右會發(fā)生由低溫單斜相(M相)到高溫四方金紅石相(R相)的可逆相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其電導(dǎo)率、磁化率、光透過率、電阻率和反射率等物理性質(zhì)會發(fā)生突變，從而使V(^在智能溫控薄膜、熱敏電阻材料、光電開關(guān)材料、紅外探測材料、激光防護(hù)層等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。并且通過摻雜高價金屬離子，如We+、MoS+可以降低其相變溫度到室溫，更加拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。近年來的研究發(fā)現(xiàn)納米V(^粉體材料可顯著減小相變時的應(yīng)力，電阻突變量和光透過率均增加，使其具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。目前尚缺少低成本制備顆粒尺寸均勻的納米V02摻雜粉體材料。 中國專利文獻(xiàn)一種制備摻雜二氧化釩粉體材料的方法(專利申請?zhí)?0910010416.0 ;公開號:C訓(xùn)1481142A ;發(fā)明人:葉俊偉、寧桂玲、劉風(fēng)娟、周莉、林源)是一種制備摻雜vo2粉體材料的方法，其中將釩源、摻雜原料和助劑混合均勻，高溫熔融后倒
入冷水中迅速水淬，形成的凝膠經(jīng)干燥熱處理后形成干凝膠，干凝膠研磨后在還原氣氛下
熱還原，在保護(hù)氣氛下經(jīng)退火處理，實(shí)現(xiàn)恒溫晶相轉(zhuǎn)化后即可以得到具有相變性質(zhì)的純M相V02樣品。該方法能夠通過控制摻雜原料的摻雜量可以獲得具有不同相變溫度的V02粉體，但存在粉體材料團(tuán)聚嚴(yán)重，顆粒尺寸不均的問題。本發(fā)明在其基礎(chǔ)上發(fā)明了一種共沸蒸餾的方法，獲得了顆粒均勻的納米級V(^摻雜粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種簡便制備V02摻雜粉體的方法，通過該方法可制備顆粒均勻的納米級V(^摻雜粉體材料。 本發(fā)明的技術(shù)方案是，以五氧化二釩(V205)和偏釩酸銨(NH4V03)中的一種或兩種的混合物為原料，將其與摻雜劑按照一定比例混合研磨后加熱至熔融。將熔融物傾入去離子水中水淬并加入一定量的表面活性劑制得溶膠。將此溶膠溶于共沸溶劑中進(jìn)行共沸蒸餾，得到的粉體經(jīng)還原、恒溫晶相轉(zhuǎn)化，即獲得具有相變性質(zhì)的納米級V02摻雜粉體。具體方案如下 制備V02所用原料在五氧化二釩(V205)和偏釩酸銨(NH4V03)中選取，是它們中的一種或兩種的混合物；摻雜劑分為鎢摻雜劑和鉬摻雜劑兩種鎢摻雜源在三氧化鎢(W03)、
鎢酸Oyro》、鎢酸銨中選取，可以是它們中的一種或兩種以上混合物；鉬摻雜源在三氧化
鉬(MoO》、鉬酸銨中選取，可以是它們中的一種或兩種的混合物。表面活性劑包括陽離子
表面活性劑或非離子表面活性劑。陽離子表面活性劑在十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十烷基甲基溴化銨、十二烷基甲基溴化銨、十四烷基甲基溴化銨、十六烷基甲基溴化銨、十八烷基甲基溴化銨、十烷基甲基氯化銨、十二烷基甲基氯化銨、十四烷基甲基氯化銨、十六烷基甲基氯化銨、十八烷基甲基氯化銨、四甲基溴化銨、四乙基溴化銨、四丙基溴化銨、四丁基溴化銨、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丙基氯化銨、四丁基氯化銨中選取，可以是其中一種或幾種復(fù)配型表面活性劑；非離子表面活性劑在乙二醇、聚乙烯醇、吐溫中選取，可以是其中一種或幾種復(fù)配型表面活性劑；共沸溶劑在正丁醇、異丁醇、仲丁醇、正戊醇、異戊醇、乙醇、苯、甲苯、丙酸中任意選取一種。原料與摻雜劑的摩爾比在l : 0 1 : 0.05范圍內(nèi)變化；去離子水的總質(zhì)量在總質(zhì)量(釩源和摻雜劑)的25 40倍范圍內(nèi)變化；表面活性劑的用量在總質(zhì)量的1% 5%范圍內(nèi)變化。共沸蒸餾溫度根據(jù)所選擇的共沸溶劑確定；其制備方法工藝流程如下 步驟1.將原料和摻雜劑按比例混合研磨，研磨時間在10 30分鐘；將其放入坩堝中，并使料層厚度均勻；將此坩堝置于控溫馬弗爐中使其熔融，將此熔融物倒入去離子水中水淬，然后迅速加入事先溶解有少量表面活性劑的去離子水，劇烈攪拌后得到五氧化二釩摻雜溶膠； 步驟2.將得到的V205溶膠轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，加入共沸溶劑，安裝好共沸蒸餾裝置。機(jī)械攪拌條件下，在共沸溫度蒸除溶膠中的水，繼續(xù)升高蒸餾溫度至共沸溶劑的沸點(diǎn)以整除溶劑得到粉體。將粉體倒出并真空干燥， 步驟3.將粉體裝入磁舟后放入控溫管式爐中，在還原氣氛下熱還原，在保護(hù)氣氛下經(jīng)退火處理實(shí)現(xiàn)恒溫晶相轉(zhuǎn)化，即得到具有相變性質(zhì)的納米級V(^摻雜粉體；還原氣氛在氨氣和氫氣兩種氣體中選取，保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤?；氮?dú)馀c氨氣的體積比為100 : 5 40，氮?dú)馀c氫氣的體積比為100 : 5 30 ;氣體流量為20 300mL/min ;熱還原溫度為400 550°C ;還原時間為0. 5 lh ;退火溫度為600 750°C ;退火時間為3 15h ;
上述的還原與晶相轉(zhuǎn)化方法同前述的專利申請"一種制備摻雜二氧化釩粉體材料的方法"所用的還原與晶相轉(zhuǎn)化方法相同。 本發(fā)明的效果和益處是，使得制備納米級的V(^摻雜粉體的原料更為廉價易得、工藝更加簡便、條件更加溫和可控。更重要的是解決了傳統(tǒng)制備方法導(dǎo)致的納米粉體團(tuán)聚問題，制備出的粉體尺寸均一、分散性良好。本發(fā)明在制造成本、產(chǎn)品性能等方面都展現(xiàn)出顯著的競爭優(yōu)勢和利潤空間。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例1 將2gV205和0. 2gH2W04，混合研磨后放入30ml坩堝，置于控溫馬弗爐中，控制溫度為80(TC熔融，保溫20min。接著將此熔融物倒入50ml去離子水中水淬，然后迅速加入5ml溶解有0. 02g十六烷基三甲基溴化銨的去離子水，劇烈攪拌后即得到紅褐色的V205摻雜溶膠。將溶膠轉(zhuǎn)移至500ml三口燒瓶中，加入160ml正丁醇，然后將燒瓶放入油浴內(nèi)，安裝好共沸蒸餾裝置。開始在室溫下機(jī)械攪拌30min，然后升溫，達(dá)到92.4t:時溶膠中的水與正丁醇一起蒸出。當(dāng)水分子幾乎全部被脫除后，蒸餾溫度繼續(xù)上升至117.4t:，繼續(xù)蒸餾直至大部分溶劑被蒸出后反應(yīng)即可結(jié)束。將粉體倒出置于真空烘箱中于5(TC干燥10h。最后將粉體裝入磁舟放入控溫管式爐中，控制還原氣氛中氨氣與氮?dú)獾牧髁糠謩e為10ml/min與90ml/ min，于50(TC下還原lh。將得到的產(chǎn)物在70(TC保溫7h，之后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下自然降溫冷卻 到室溫得到V02摻雜粉體，球形，尺寸100納米左右。
權(quán)利要求
一種共沸蒸餾制備納米級二氧化釩摻雜粉體的方法，其特征在于制備二氧化釩所用原料從五氧化二釩和偏釩酸銨中選取，是它們中的一種或兩種的混合物；摻雜劑分為鎢摻雜劑和鉬摻雜劑兩種鎢摻雜劑在三氧化鎢、鎢酸、鎢酸銨中選取，是它們中的一種或兩種以上混合物；鉬摻雜劑在三氧化鉬、鉬酸銨中選取，是它們中的一種或兩種的混合物；表面活性劑包括陽離子表面活性劑或非離子表面活性劑；共沸溶劑在正丁醇、異丁醇、仲丁醇、正戊醇、異戊醇、乙醇、苯、甲苯、丙酸中選取其中一種；原料與摻雜劑的摩爾比為1∶0～1∶0.05；去離子水的用量為釩源和摻雜劑的總質(zhì)量的25～40倍；表面活性劑的用量為釩源和摻雜劑的總質(zhì)量1％～5％；共沸蒸餾溫度根據(jù)所選擇的共沸溶劑確定；其制備方法的工藝流程如下步驟1.將原料和摻雜劑混合研磨，研磨時間在10～30分鐘；將其放入坩堝中，并使料層厚度均勻；將此坩堝置于控溫馬弗爐中使其熔融，將此熔融物倒入去離子水中水淬，然后迅速加入事先溶解有少量表面活性劑的去離子水，劇烈攪拌后得到五氧化二釩摻雜溶膠；步驟2.將得到的五氧化二釩摻雜溶膠轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，加入共沸溶劑，安裝好共沸蒸餾裝置；機(jī)械攪拌條件下，在共沸溫度蒸除溶膠中的水，繼續(xù)升高蒸餾溫度至共沸溶劑的沸點(diǎn)以整除溶劑得到粉體；將粉體倒出并真空干燥，步驟3.將粉體裝入磁舟后放入控溫管式爐中，在還原氣氛下熱還原，在保護(hù)氣氛下經(jīng)退火處理實(shí)現(xiàn)恒溫晶相轉(zhuǎn)化，即得到具有相變性質(zhì)的納米級二氧化釩摻雜粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共沸蒸餾制備納米級二氧化釩摻雜粉體的方法，其特征還在于陽離子表面活性劑在十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十烷基甲基溴化銨、十二烷基甲基溴化銨、十四烷基甲基溴化銨、十六烷基甲基溴化銨、十八烷基甲基溴化銨、十烷基甲基氯化銨、十二烷基甲基氯化銨、十四烷基甲基氯化銨、十六烷基甲基氯化銨、十八烷基甲基氯化銨、四甲基溴化銨、四乙基溴化銨、四丙基溴化銨、四丁基溴化銨、四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丙基氯化銨、四丁基氯化銨中選取，可以是其中一種或幾種復(fù)配型表面活性劑；非離子表面活性劑在乙二醇、聚乙烯醇、吐溫中選取，可以是其中一種或幾種復(fù)配型表面活性劑。
全文摘要
一種共沸蒸餾制備納米級二氧化釩摻雜粉體的方法，屬于無機(jī)功能材料的制備領(lǐng)域。其是以一種或兩種物質(zhì)為原料，將其與摻雜劑按照一定比例混合研磨后加熱至熔融。將熔融物傾入去離子水中水淬并加入一定量的表面活性劑制得溶膠。將此溶膠溶于共沸溶劑中進(jìn)行共沸蒸餾，得到的粉體經(jīng)還原恒溫晶相轉(zhuǎn)化摻雜粉體。其發(fā)明的有益效果是工藝簡單、操作方便、所用原料廉價易得、溶劑可回收循環(huán)利用，屬于環(huán)保性技術(shù)。相對于傳統(tǒng)方法導(dǎo)致二氧化釩納米粉體團(tuán)聚，本方法制備出的二氧化釩摻雜粉體尺寸均一、分散性良好。
文檔編號B82B3/00GK101723319SQ200910309880
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者葉俊偉, 周莉, 寧桂玲, 宋鏘, 林 源, 貢衛(wèi)濤 申請人:大連理工大學(xué)