二氧化钒纳米点阵的制备及其红外光学特性研究

为了得到相变温度低且变色性能优越的光学材料,使其能够广泛应用于智能窗领域,对周期结构VO2纳米点阵的相变和光学特性展开了研究。用修正的Sellmeier色散模型结合二维点阵周期结构的等效折射率计算了VO2纳米点阵在不同占空比下的反射率和透射率。利用多孔氧化铝模板掩膜溅射法,先在玻璃上制备钒金属纳米点阵,再经热氧化工艺制备出VO2纳米点阵,测试其表面形貌、组分结构、红外反射和透射谱线。结果表明,占空比为0.83的纳米点阵其相变温度有效降低至43℃,在1700 nm处透射率改变量达到29%,表现出良好的变色特性,且透射率整体高于VO2薄膜。说明通过制备较佳占空比的纳米点阵可以有效降低材料的相变温度,提升材料的热致变色性能。     

工业VO2薄膜的电阻突变及其稳定性

以工业V2O5为原料，采用热分解法和还原法制备工业VO2薄膜。研究了制备工艺参数对电阻突变的影响及其在自然放置条件下的稳定性。结果表明：1）VO2薄膜的电阻突变达到了2．0－3.4个数量级，突变温度约为35℃，比纯VO2薄膜突变温度约低33℃；2)石英玻璃上的VO2薄膜的电阻突变数量级比普通玻璃上的大；3)H2还原法制备的VO2薄膜电阻突变数量级比N2热分解法制备的大；4)在自然放置条件下短时间内VO2薄膜可承受连续、反复多次的电阻突变，其突变数量级降低不多，突变温度滞后几乎没有变化；5)同等条件下石英玻璃上的VO2薄膜的电阻突变数量级降低较小、稳定性较好。     

掺Mo纳米VO2粉体的相变特性研究

采用一种制备掺杂纳米VO2粉体的新方法获得掺Mo纳米V02粉体。用XRD，TEM，XPS手段对掺杂纳米VO2的结构进行了表征，并研究了掺杂V02的相变特性。结果表明，所制备的纳米VO2的尺寸约为26nm，形貌呈近球形。掺入的Mo以Mo^＋6的形式存在于VO2的晶格中，形成V1-x，MoxO2固溶体。掺杂纳米VO2粉体的电阻随温度的变化具有明显的开关特性。随掺入Mo含量的增加，VO2的相变温度呈线性下降，在6％MoO3的掺入量时，相变温度降为45℃。     

二氧化钒粉末的合成技术

迄今为止VO2一共有6种晶型,包括VO2(A),MO2(B),MO2(C),VO2(M)和VO2(R)等.尽管目前发展了众多不同的技术方法制备VO2薄膜,但是很少有制备VO2超细粉末的简便方法.本文结合作者的研究工作,综述了二氧化钒粉末的合成技术,如:传统的固相方法、热解法、软化学方法、水热法、溶胶-凝胶法和激光诱导气相沉积法等,比较了各种技术的优缺点并提出了将来有关合成技术可能的研究方向.     

V2O5熔化成膜法制备VO2薄膜

发展了一种新的VO2薄膜制备方法—V2O5熔化成膜法，其基本步骤为：基片预处理—涂粉—熔化成膜—真空退火—VO2薄膜。采用XRD和XPS等手段，对所得薄膜的物相组成与价态进行了分析，同时对薄膜进行了电阻随温度变化的测试。结果表明：通过该方法获得的薄膜，其主要成分是VO2，电阻突变达到4个数量级，相变温度为67．5℃。     

二氧化钒粉末的合成技术

迄今为止VO2一共有6种晶型,包括VO2(A),MO2(B),MO2(C),VO2(M)和VO2(R)等.尽管目前发展了众多不同的技术方法制备VO2薄膜,但是很少有制备VO2超细粉末的简便方法.本文结合作者的研究工作,综述了二氧化钒粉末的合成技术,如传统的固相方法、热解法、软化学方法、水热法、溶胶-凝胶法和激光诱导气相沉积法等,比较了各种技术的优缺点并提出了将来有关合成技术可能的研究方向.     

纳米VO2粉体的制备及性能和应用

VO2是一种相变型金属氧化物,在相变点(68℃)附近发生金属-半导体状态的可逆转变,同时伴随着光学、电学及磁学等性能的变化.因此作为表面功能制膜材料以及陶瓷材料具有广泛的应用前景.综述了纳米VO2粉体的制备方法、性能特点及其应用的研究进展.     

VO2(A)型薄膜表面形貌与相变性能的相关性

以高纯五氧化二钒（V2O5）粉末(纯度≥99.99%)为原料,采用真空蒸发——还原工艺制备出VO2(A)型薄膜(A表示发生热致相变的薄膜)。讨论退火温度对VO2(A)型薄膜表面形貌的影响,并进一步研究表面形貌与薄膜光电性质的相关性。结果显示：当退火温度从500 ℃升高到540 ℃,VO2(A)型薄膜中层状特征减弱并消失,山峰状颗粒出现并增大,当退火温度继续升高,VO2(A)型薄膜中山峰状颗粒是先减小再增大,但是其尺寸趋于一致,约为50 nm;随着 VO2(A)型薄膜形貌的改变,相变温度点、数量级、热滞回线宽度等相变性能参数也会改变;VO2(A)型薄膜相变温度点降低,其在所测波段的透过率会降低,但只有在中红外波段,薄膜在相变前后透过率的改变量与电阻变化的数量级有关。     

VO2(B)热转化为VO2(R)和V2O3的高温XRD原位表征

以草酸和V2O5为原料,采用水热法制备VO2(B)。通过高温原位X射线衍射技术研究VO2(B)在氮气保护下升高温度过程中的相变特性,采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析所制备样品及其在不同温度热相变产物的微观形貌和物相组成。结果表明：以草酸和V2O5为原料,用水热法可制得单斜晶系VO2(B),颗粒呈纳米片状;升温至430~700℃,VO2(B)不可逆转化为四方晶系VO2(R),形貌由纳米片状变为亚微米及微米近球形;升温至1000℃左右,VO2(R)开始分解形成Magn閘i相系列化合物（VnO2n?1）;升温至大约1200℃完全转变为具有刚玉结构的V2O3烧结块。     

钨钒共溅热致变色薄膜的制备及其红外光学性能

为解决VO2薄膜相变温度过高,热滞回线温宽过大以及掺杂后红外透过率变低等问题,开展了低成本钨钒共溅热致变色薄膜制备工艺的探索。先在室温条件下采用磁控共溅射的方法于玻璃基片上制备得到含钨量为1.4%的金属薄膜,再在空气中采用后退火工艺使金属薄膜充分氧化为热致变色薄膜。对薄膜样品的物理结构和光学性能进行了分析,发现钨钒共溅没有改变VO2薄膜在玻璃表面择优取向生长,但显著改变了VO2薄膜的表面形貌特征。观察到钨钒共溅热致变色薄膜的相变温度较普通VO2薄膜从68℃降低至40℃,热滞回线温宽由6℃缩小为3℃,低温半导体相的红外透过率分别为62%和57%。结果表明,钨钒共溅可达到相变温度降低,热滞回线温宽变窄,掺杂前后红外透过率变化不大之目的。     

电炉温度控制技术研究

概述了各类电炉温度的测控方法。阐明了各种形式的测温元件的基本性能，应用范围和使用方法。着重介绍了采用智能控温仪表控制炉温的特点。并提出如何采用智能仪器设计电炉的控温系统。     

用对靶磁控溅射附加低温热氧化处理方法制备相变氧化钒薄膜

采用直流对靶磁控溅射低价态氧化钒(VO2-x)薄膜再附加热氧化处理的方式,进行具有金属-半导体相变特性氧化钒薄膜的制备.采用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜中钒的价态与组分、薄膜结晶结构和表面微观形貌进行分析,利用热敏感系统对薄膜的电阻温度特性进行测量.结果表明:新制备的低价态氧化钒薄膜以V2O3和VO为主,经过300℃低温热氧化处理后,薄膜中出现单斜金红石结构的VO2相,薄膜具有金属-半导体相变特性;薄膜表面颗粒之间存在间隙,利于氧的渗入:在300～320℃进行热处理时,薄膜中的V2O3和VO向单斜结构的VO2转变,VO2含量增加,随着薄膜内VO2含量的增加,薄膜的金属-半导体相变幅度增大,超过2个数量级,相变性能变好,但是此热处理温度区间对已获得的VO2的结构没有影响.同时利用直流对靶磁控溅射方法还可以在低氧化温度下获得具有优异金属-半导体相变特性的氧化钒薄膜,制备工艺与微机械电子系统(MEMS)工艺相兼容.     

共溅射氧化法制备掺钼VO_2及其相变特性

采用共溅射氧化法,在普通玻璃衬底上室温直流溅射沉积钒钼金属薄膜,再在大气环境下经热氧化处理获得掺钼VO2薄膜。通过XRD、SEM、热致相变电学特性等分析,研究制备工艺及掺杂改性对掺钼VO2薄膜的微结构、形貌、热滞回线和相变温度的影响。实验与分析结果表明,与相同厚度的纯VO2薄膜相比,钼掺杂显著改变了VO2薄膜的表面形貌特征,掺钼VO2薄膜呈多晶态且沿VO2(002)择优取向生长,结晶性和取向性明显提高,薄膜的相变温度降低至38℃,热滞回线宽度收窄约至8℃。低温共溅射氧化法制备的掺钼VO2薄膜的热阻效应明显,薄膜的金属-半导体相变特性良好。     

掺钼对二氧化钒薄膜热致变色特性的影响

通过溶胶-凝胶和真空热处理工艺在石英基底上制备出不同掺Mo量的二氧化钒薄膜。对薄膜进行了X射线衍射及热分析,并测试了其电阻及7.5~14μm波段红外热图随温度的变化,研究了Mo掺杂对二氧化钒薄膜热致变色性能的影响。结果表明,Mo进入VO2晶格,替换了部分V的位置;随着掺Mo量的不断增加,相变温度不断降低,但电阻突变量级比未掺杂时有所减小;掺Mo量(MoO3:V2O5,下同)为5%时,相变温度可降至45℃左右;红外热图分析表明,Mo掺杂VO2薄膜的7.5~14μm波段发射率可在较低温度下突变降低,薄膜在温度增加时可在较低温度水平上主动控制自身辐射强度、降低其辐射温度。     

兰州化物所一种超疏水超亲水转换涂料获发明专利

正中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心复合润滑材料研究组采用简单方法成功制备出一种超疏水-超亲水转换涂料,该项技术已获得国家发明专利授权。研究人员制备了聚四氟蜡/氟化碳纳米管复合涂层,通过不同的加热温度能够调节涂层的表面化学成分和微结构,从而实现涂层表     

铝酸钠溶液的27Al核磁共振谱研究

测量了工业用浓度范围的铝酸钠溶液不同浓度，温度和制备历史条件下２７Ａｌ核磁共振谱。中浓度以下溶液的化学位移在８０ｐｐｍ振荡式变化，而２７Ａｌ核磁共振谱无明显变化。据此探讨了铝酸钠溶液结构及自发分解机理。     

溶胶-凝胶制备二氧化钒薄膜的价态研究

采用无机溶胶-凝胶法制备了VO2热致变色薄膜，利用XPS系统地研究了烘干温度、真空热处理温度以及溶胶浓度对VO2薄膜中钒价态的影响。结果表明，保持其它工艺参数不变，薄膜中V^5 被还原的程度随烘干温度和真空热处理温度升高而增大。当烘干温度、烘干时间和真空热处理时间以及真空气压相同时，随溶胶浓度减小，VO2薄膜中V^5 被还原程度存在真空热处理温度临界点，当溶胶浓度配比为1：4～1：3时，临界温度为480℃；溶胶浓度配比为1：3～1：2时，临界温度为400℃。制备高纯VO2薄膜的优化工艺参数组合为溶胶浓度配比1：3，250℃干燥2h后于450℃氢气还原3h(保持真空度为0．5Pa)。     

铬酸钠碱性液中加石灰除钒

通过计算反应Gibbs自由能和平衡溶解度对铬酸钠碱性液添加石灰除钒过程进行理论分析,结合红外光谱研究了含钒溶液的结构变化,研究添加石灰除钒时各因素的影响规律.结果表明:在298～373 K的范围内,体系中各离子与氧化钙生成相应钙盐的反应自由能绝对值由大到小的顺序为VO3-、CO32-、SO42-、VO43-、CrO42-;同时,各钙盐间可能存在相互转化,溶液中CO32-能分解CaCrO4和Ca3(VO4)2等钙盐,VO43-能分解CaCrO4.除钒过程中除生成Ca3(VO4)2和Ca2V2O7外,还能生成CaCO3、CaCrO4、CaSO4·nH2O等化合物,这是由于石灰加入量过多所致.溶液结构分析结果表明:随着pH值从13降到9左右,钒酸根由VO43-转化成VO43-和V2O74-共存的结构.除钒实验结果表明:提高溶液pH值、增大n(CaO )/n(V2O5)或加入高活性石灰乳均可提高除钒率,而溶液中CO32-的存在明显降低除钒率;加入理论用量3倍的石灰,溶液pH值降全10左右时,除钒率可达到85％,相对于工业除钒过程钒渣量减少88％左右.     

掺钨VO2薄膜制备及其热致相变特性研究

采用无机溶胶.凝胶法,以钨酸氨和V2O3的为原料在高温下共熔水淬实现钨掺杂,在云母片(001)表面制备W 掺杂VO2薄膜.采用AFM、XS、XPD分析了薄膜形貌和微观结构,利用FTIR检测薄膜在不同温度下的红外透过率,确定W掺杂薄膜的相变温度.结果表明,钨元素以W6 形式掺入VO2晶体,取代晶格中部分V原子.掺杂后VO2薄膜的半导体一金属相变温度明显下降,每掺入1%W6 ,VO2薄膜相变温度下降19.8℃.当掺入W6 量为2.04%,其相变温度下降到28℃.     

不同微观形貌VO2的微波水热可控合成

采用一种新颖的微波水热法制备VO2粉体,利用扫描电镜(SEM)表征所合成粉体的微观形貌,调节H2O2的浓度、微波功率、微波时间、pH值、水热反应时间及钨掺杂剂等合成工艺参数,实现了对VO2粉体形貌的调控。结果表明:控制不同的工艺参数可合成具有不同形貌如球形、空心椭球形,花簇状、棒状等VO2粉体。