【摘 要】
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产量高、能耗低、绿色环保的粉体制备方法是二氧化钒智能节能材料实用化的关键技术之一。溶剂热合成方法可以在低温、液相条件下分解金属前驱物一步实现粉体合成,高效、经济,并
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产量高、能耗低、绿色环保的粉体制备方法是二氧化钒智能节能材料实用化的关键技术之一。溶剂热合成方法可以在低温、液相条件下分解金属前驱物一步实现粉体合成,高效、经济,并能有效控制结晶相、形貌、尺寸和分散度,因而备受关注。本文将采用溶剂热合成法制备二氧化钒纳米粉体。
研究采用五氧化二钒、双氧水和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)反应生成的VO(O2)2(CTA)为前驱物,在180~260℃下保温5~8小时,在不同的有机溶剂中制备出了粒径小(5~8nm)、分散好的二氧化钒纳米晶,讨论了不同溶剂、温度、时间、配位剂和表面活性剂等对粉体形貌的影响;通过在甲苯溶液中加入去离子水形成微乳液体系,制备出了粒径较大(约20nm)的二氧化钒粉体,并通过加入TEOS对其表面包覆,使其稳定性得到进一步的提高。制得的样品分别用X射线衍射分析仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、分光光度计(UV-Vis)、拉曼光谱仪和差热扫描仪(DSC)等对粉体的物相、形貌和相变性能进行了表征。
实验发现,以甲苯为溶剂制得的粉体粒径最小,分散性好,但是不易离心清洗;以乙醇为溶剂的粉体结晶性不够好,粒径大,稳定性较差;在混合溶剂中制得的粉体粒径适中,稳定性和分散性都较好。随着实验温度的升高,结晶性增强,但对形貌影响不大,而随着时间的延长,则会促进粉体的定向生长。不同的配位剂对粉体的形貌、结晶性和调控性能均有较大的影响,研究发现CTAB为较优配位剂。碳链较长的表面活性剂空间位阻大,抑制了粉体的较快生长,粒径较小,结晶性较好。
通过在溶剂中添加正硅酸乙酯(TEOS),我们在制得的二氧化钒粉体表面均匀包覆了一层氧化硅,进一步提高了其稳定性。研究初步探讨了包覆型粉体的形成机理;其形成依赖微乳液和溶剂热的双重作用,TEOS在小液滴中水解的同时包覆于VO2粉体的表面,即异相成核;并讨论了TEOS含量对包覆和粉体结晶的影响,说明TEOS含量过高,并不利于粉体的结晶和均匀包覆的形成。
另外,通过性能的表征可以证明本实验得到了较好的结果:用溶剂热法制备出的二氧化钒纳米晶具有显著的莫特相变特征,且其相变温度接近室温(为40℃左右),相变前后粉体具有一定的红外调控性能。
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