微波辅热-甲醇还原法制备M相二氧化钒粉体

为获得具有良好相变特性的M相VO_2粉体,本文以V_2O_5为原料、甲醇作还原剂,采用微波辅热制备M相VO_2粉体.探讨了微波辅热功率、填充度、反应温度、反应时间、甲醇用量因素对制备VO_2的影响,采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM),对产物进行了物相、相变和形貌特征的表征.结果表明:在微波辅热功率为1 000 kW,填充度为0.7,反应温度为250℃时,反应时间为60 min,V_2O_5质量与甲醇体积比为5∶3时,得到B相的VO_2粉体;B相的VO_2再经过800℃高温热处理后完全转化为具有相变功能的M相,M相VO_2粉体纯度为99.20%,产率为92.30%,相变点温度为68.6℃,晶体形貌呈现较匀称的棒状结构,长度为1～2μm.     

水热法一步合成VO2粉末及其微观形貌调控

采用水热法,钒源选择V_2O_5,在使用还原剂草酸,不使用其他表面活性剂及模板的条件下,制备了具有不同微观形貌的VO_2(B)和VO_2(M)粉末,主要研究了草酸溶液浓度变化对产物微观形貌的影响。利用X射线衍射仪(XRD)对粉末的晶型结构和物相组成进行分析,通过扫描电子显微镜(SEM)对粉末的微观形貌进行表征。在180℃水热反应温度下,制备出了具有多种特殊微观形貌的VO_2(B)粉末,典型的如"雪花"状、"杨桃"状以及均匀短棒状等,全面系统地对粉末所出现的不同微观形貌进行了总结。采用蓝电电池测试系统对不同微观形貌VO_2(B)粉末制备的锂离子电池进行充放电测试,结果表明,"杨桃"状VO_2(B)锂离子电池性能较优,比容量峰值可达4 683.8mAh/g,但电池循环特性较差。同时,在水热反应温度260℃下,合成了微观形貌分别为短棒状、"雪花"状、"核桃"状以及球状的VO_2(M)粉末。DSC测试结果显示,VO_2(M)粉末形貌对其相变温度影响较小。     

二氧化钒薄膜智能窗的研究进展

二氧化钒具有良好的半导体-金属相变特性,在常温下,二氧化钒的晶体结构为单斜晶系结构(M相),随着温度的升高达到相变温度,二氧化钒的晶型变成四方晶红石结构(R相),当温度降低到相变温度时,二氧化钒的晶型又变回单斜晶系结构(M相)。这种典型可逆热色特征,使二氧化钒成为当前建筑用智能窗材料的最佳选择。综述了近些年来制备VO_2薄膜的几种常用方法,并针对VO_2薄膜在热色智能窗应用方面存在的主要问题,从掺杂和复合薄膜结构两方面总结了提高VO_2薄膜性能的改进工艺,为推进VO_2薄膜智能窗的进一步研究提供了依据。     

VO2（M）控温包装薄膜制备的研究进展

二氧化钒(VO_2)纳米颗粒具有多种晶型结构,其单斜型半导体M相(VO_2(M))在接近室温时具有完全可逆的相转变性质,相变为四方金红石金属R相,从而引起光学性能的急剧变化,因而VO_2(M)可作为良好的阻热材料应用于控温包装薄膜领域。综述了VO_2(M)纳米颗粒和控温包装薄膜的制备方法,展望了VO_2(M)控温包装薄膜的研究方向。VO_2(M)纳米颗粒的传统制备方法有一步水热法和热分解法等,近年来也出现了新型制备方法,如籽晶诱导法和火焰燃烧法等;控温包装薄膜主要的制备方法为气相法和液相法。根据不同产品的温度需求,通过改变原料种类、温度及掺杂元素等工艺参数调节VO_2(M)纳米颗粒的相变温度,可制备出不同相变温度的VO_2控温包装薄膜。VO_2(M)控温包装薄膜作为一种高新科技产物,可以有效调控商品运输和储藏过程中包装内氛围,具有广阔的应用前景。     

晶格畸变对VO_2相变温度的影响

采用高功率脉冲磁控溅射在石英玻璃基片上成功制备了具有明显金属-绝缘体转变特性的多晶VO_2薄膜,其最低相变温度仅为32℃。X射线衍射结果表明沉积薄膜的晶体结构均为存在明显晶格畸变的VO_2(M),且薄膜(011)晶面间距越接近相变后VO_2(R)(110)晶面的晶面间距,相变温度越低。根据试验结果,利用从头算分子动力学分别对VO_2金属-绝缘体相变过程的晶体结构与态密度演化规律进行了研究。结果表明:随计算温度升高,不同(011)晶面间距绝缘态超胞的晶体结构均逐渐由VO_2(M)向VO_2(R)转变,同时伴随着禁带宽度的逐渐降低,最终转变为费米能级完全被电子占据的金属态;初始VO_2(M)超胞(011)面的晶面间距与相变后VO_2(R)(110)面的晶面间距之差越小,费米能级附近的禁带宽度也越小,这可能是导致VO_2金属-绝缘体转变温度降低的本质物理原因。     

改性纳米W-VO2纸基控温材料的制备及性能

现阶段以磁控溅射法制备的掺杂钨二氧化钒控温薄膜,其热滞回线陡峭、机械加工性能以及强度性能较差,为解决上述问题,采用湿法非织造法制备了红外光学性能优异、相变温度较低的纳米掺杂钨二氧化钒(W-VO_2)纸基控温材料.使用差示扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等分析方法,对纳米W-VO_2纸基控温材料的微观结构及红外相变特性等方面进行了分析,并对纳米W-VO_2纸基控温材料的红外透射率及相变特性进行表征.结果表明:表面改性处理后可促进纳米W-VO_2晶粒均匀分散,采用湿法非织造法制备的纳米W-VO_2纸基控温材料,能够将相变温度控制在45℃附近,使红外透射率前后对比值达到37.5%,实现了对红外波段透射率差值的优化;当纳米W-VO_2控温材料加填量达到15 mL时,抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折次数分别为7.62 kN/m、23.97 mN·m~2/g、5.37 kPa·m~2/g和92次(分度值14.7 N),为深入研究智能控温包装材料提供了参考依据.     

钨掺杂二氧化钒薄膜的THz波段相变性能的研究

通过溶胶–凝胶法制备纯的VO₂和W掺杂的VO₂薄膜, 并且进行了XPS、AFM和XRD的分析与表征, 并观察了其微观形貌和结构. 同时研究了VO₂和W掺杂VO₂在红外光谱(λ=4 μm)和THz(0.3~1.0 THz)区域的金属–绝缘转变性能. 结果表明: 室温下W掺杂的VO₂薄膜在红外和THz区域的初始透过率都比纯的VO₂薄膜低. 在THz波段, W掺杂的VO₂表现出更低的相变温度. 同时在VO₂和W掺杂VO₂相变过程中, 观察到了金属–绝缘转变和结构转变的现象, W掺杂VO₂具有明显的峰位偏移现象.     

相变温度可调的水合盐相变材料的仿生合成及热学性能研究

以定量滤纸为生物模板制备了具有滤纸形貌的掺杂NaCl的Na2SO4晶体,经过低温下的吸水和结晶过程合成了相变温度可调的水合盐相变材料(掺杂NaCl的Na2SO4.10H2O)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对产物的形貌、晶型以及热学性质进行了表征。结果表明:产物很好地遗传了模板的形貌;最终合成的掺杂NaCl的Na2SO4.10H2O在一定范围内随着NaCl掺杂量的增加,相变温度逐渐降低,当NaCl掺杂量达到40mol%时,相变温度可降低约5℃,而相变热仍然可高达106.2J/g。该方法可用来制备其他相变温度可调的水合盐相变材料。     

热处理对铁掺杂TiO2锐钛矿-金红石相变的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO_2和不同浓度Fe掺杂TiO_2纳米粉末,并对各样品进行了350℃、500℃、650℃的热处理。通过SEM、XRD、EDS、XPS等测试方法对其表面形貌、晶体结构及成分组成进行了表征,研究了热处理温度对Fe掺杂TiO_2相变的影响。实验结果表明:纯TiO_2与Fe-TiO_2在350℃、500℃时均为单一的锐钛矿,650℃时大部分转变为金红石;热处理温度升高有利于锐钛矿向金红石的转变;Fe掺杂后以+3价的形式存在,Fe离子掺杂能够明显减小TiO_2的晶粒尺寸,高浓度的Fe掺杂对锐钛矿-金红石相变有微弱的促进作用。     

交错能带结构钕掺杂钒酸铋形貌与光催化性能调控

为了研究混合相异质结对光催化的改性机理, 以五水硝酸铋、六水硝酸钕、偏钒酸钠为原料, 浓硝酸、氢氧化钠为调和剂, 水热合成不同浓度钕掺杂钒酸铋样品。X射线衍射和拉曼峰位分析发现, 钒酸铋呈现钕浓度依赖的单斜到四方相转变。采用扫描电子显微镜表征发现, 这种相变给样品形貌带来巨大变化。小于1at%钕掺杂单斜钒酸铋由不规则颗粒堆积而成, 大于7at%钕掺杂四方相由类似球状或凹槽表面果仁状构成, 而中间混合相由微米长方体棒状组成。规则形貌导致所有掺杂样品光催化降解罗丹明B效率高于无掺杂样品。高分辨透射电子显微镜和莫特-肖特基测试发现, 混合相中形成交错能带异质结, 进一步促进光生电-子空穴对分离并抑制其复合, 使得4at%钕掺杂样品具有99.4%降解效率。     

掺铁二氧化钛纳米线的合成及其光催化性能

首次以钛酸丁酯、异丙醇等有机物为原料,在10M NaOH溶液中水解后,于180℃水热24h,一步法合成二氧化钛纳米线(TNWs),并用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段表征其形貌和结构。结果表明,所得TNWs焙烧到950℃时,仍为锐钛矿相,表明本制备方法迟滞了二氧化钛由锐钛矿相到金红石相的转变。此外,以甲基橙为目标降解物,在300 W汞灯照射下,研究了不同水热温度、保温时间及掺杂量对掺铁二氧化钛纳米线(Fe-TNWs)光催化性能的影响。结果表明,于750℃焙烧4h制备的掺铁摩尔百分数为0.5%的TNWs,具有最强的光催化降解性能,其降解速率和效率较未掺杂的样品都有了大幅度的提高。     

晶粒尺寸对氧化钒薄膜电学与光学相变特性的影响

采用直流对靶磁控溅射方法制备氧化钒薄膜,通过改变热处理温度获得了具有不同晶粒尺寸的相变特性氧化钒薄膜,对氧化钒薄膜相变过程中电阻和红外光透射率随温度的突变性能进行研究.结果表明:经300℃和360℃热处理后,薄膜内二氧化钒原子分数达到40%,氧化钒薄膜具有绝缘体-金属相变特性,薄膜的晶粒尺寸分别为50nm和100nm;...     

水热法制备纳米VO2及其相变机理的研究进展

VO_2是一种具有极大应用价值的功能材料,其潜在的应用产品有智能窗、热敏电阻、锂离子电池电极等,但纳米VO_2的大批量制备技术成了制约其应用的关键因素。水热合成法反应条件温和、对环境的污染小、能耗低、价格便宜;易控制化学价态、晶相、产物纯度较高;反应无需煅烧晶化,可以减少煅烧过程中产生的团聚,可获得通常条件下难以得到的纳米粉体,粉体粒径分布较窄、晶型和形貌可控,有望用于VO_2纳米结构的大量合成。聚焦于水热合成法制备纳米VO_2及其相变机理的研究进展,着重介绍了不同形貌与物相的纳米VO_2的水热合成制备方法、物相转换及机理、水热过程中VO_2的生长机制。最后,指出了水热法制备VO_2所面临的一些问题,并展望了未来的发展方向。     

Preparation of anatase F doped TiO<Subscript>2</Subscript> sol and its performance for photodegradation of formaldehyde

Anatase fluoride doped TiO₂ sol (F-TiO₂) catalyst was prepared by a modified sol-gel hydrothermal method, using tetra butyl titanate as a precursor. The influences of F doping, temperature of hydrothermal, values of medium pH on the morphology and crystallization were studied. The microstructure and morphology of sol sample were characterized by XRD, TEM, FTIR, UV–Vis–DRS, particle size distribution (PSD) and XPS. The results showed that F-TiO₂ particles in sol were spherical and partly crystallized to anatase structure, and dispersed in the aqueous medium homogeneously and that the average particle size was ca. 10.5 nm calculated from XRD and TEM results. It was also found that the addition of fluorine could improve the crystallization and adsorption of particles significantly, the photocatalytic activity for decomposition of formaldehyde were enhanced remarkably with the doping of fluorine. Possible mechanism of anatase F-TiO₂ formed under hydrothermal conditions was discussed.     

二氧化钒的制备及应用研究

文章介绍了VO2的晶体结构及在智能温控材料方面的应用,综述了掺杂对VO2相变温度的调控和作为光学减反膜对可见光透过率的调控,分析了掺杂离子的性质、种类对VO2相变温度的影响,并对VO2的制备方法及其超细粉体的研究进展进行了总结。     

水热合成法制备微纳米MnO_2晶体不同形貌的电磁特性

本文采用水热合成法,以(NH4)2S2O8作氧化剂,以MnSO4为锰源,在不同水热反应时间下制备了不同晶体结构和形貌的二氧化锰。利用X射线粉末衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行成分、晶型和形貌进行分析,并通过电磁参数的测试对产物的电磁特性以及电磁波损耗机制进行讨论。结果表明,水热反应时间由1h逐渐增加到48h后,二氧化锰晶体结构由纯γ型逐渐转变为纯β型,中间产物为γ、α和β的混合体,二氧化锰的形貌也由球状经团絮状后逐渐转变为直径约为5-10nm纳米线状。复介电常数随反应时间增加而增加,复磁导率却正好相反,由此最后分析了二氧化锰的电磁波损耗机制。     

Dynamic optical limiting experiments on vanadium dioxide and vanadium pentoxide thin films irradiated by a laser beam

Vanadium dioxide (VO2) and vanadium pentoxide (V2O5) thin films are irradiated by a near-infrared continuous-wave laser beam and the dynamic optical limiting performance is measured. The temperature varying with time of the films induced by a laser beam is also recorded by an IR thermal sensor. Under the irradiation of a laser beam with an intensity of 255 W/cm2 and a spot diameter of 2 mm, the laser beam transmittance of the VO2 film decreases from 47% before phase transition to 28% after phase transition, and the response time is approximately 200 ms; the laser beam transmittance of the V2O5 film decreases from 51% before phase transition to 24% after phase transition, and the response time is approximately 40 ms. The optical limiting is realized by this laser heating-induced phase transition.     

Preparation of VO2 thin film and its direct optical bit recording characteristics

Vanadium dioxide (VO2) film which has nearly the same transition point as single crystal has been obtained by reactive evaporation of vanadium on glass and subsequent annealing in N2 gas. Relations between optical properties of V02 film and its preparation conditions are presented. We made optical direct bit recording on V02 film using a laser diode as the light source. The threshold recording energy and bit density are 2 mJ/cm 2 and 350 bits/mm, respectively. We also made tungsten doping to lower the V02 film transition temperature.     

Giant phase transition properties at terahertz range in VO₂ films deposited by sol-gel method

VO(2) films were fabricated on high-purity single-crystalline silicon substrate by the sol-gel method, followed by rapid annealing. The composition and microstructure of the films were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and atomic force microscopy (AFM). The results indicated a polycrystalline nature with high crystallinity and compact nanostructure for the films, and the concentration of +4 valence vanadium is 79.85%. Correlated with these, a giant transmission modulation ratio about 81% of the film was observed by terahertz time domain spectroscopy. The experimentally observed transmission characteristics were reproduced approximately, by a simulation at different conductivities across the phase transition. According to the effective-medium theory, we assumed that it is important to increase the concentration of +4 valence vanadium oxide phases and improve the compactness of the VO(2) films for giant phase transition properties. The sol-gel-derived VO(2) films with giant phase transition properties at terahertz range, and the study on their composition and microstructure, provide considerable insight into the fabrication of VO(2) films for the application in THz modulation devices.