一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法，所述粉體包括金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核和包覆所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的致密的層狀無定型鋅氧化合物外殼。該核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體中，無定型鋅氧化合物均勻包覆在二氧化釩納米粉體表面，形成致密的殼層，可提高金紅石相二氧化釩的分散性與穩(wěn)定性。

An amorphous zinc oxide coated vanadium dioxide nanopowder and its preparation method

The invention relates to an amorphous zinc oxide coated vanadium dioxide nano-powder and a preparation method thereof, which comprises a rutile nano-vanadium dioxide core and a dense layered amorphous zinc oxide shell coated with the rutile nano-vanadium dioxide core. Amorphous zinc oxide was evenly coated on the surface of nano-vanadium dioxide powder to form a compact shell, which could improve the dispersion and stability of rutile vanadium dioxide.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法
本專利技術(shù)涉及一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法以及這種包覆粉體在節(jié)能環(huán)保材料領(lǐng)域的應(yīng)用。本專利技術(shù)可以應(yīng)用于建筑玻璃窗涂層和貼膜等，實(shí)現(xiàn)建筑光熱自動(dòng)調(diào)控效果，屬于節(jié)能環(huán)保新材料

技術(shù)介紹
能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為世界各國廣泛關(guān)注的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗占據(jù)了社會(huì)總能耗的三分之一以上，其中用來調(diào)控和維持室內(nèi)溫度的空調(diào)占據(jù)了較大部分。而玻璃窗作為建筑與外界進(jìn)行能量交換的主要通道，資料表明，建筑能耗的50％是通過玻璃窗進(jìn)行的。高效地調(diào)節(jié)這部分的能量交換將能夠極大地降低建筑能耗，節(jié)能窗的概念應(yīng)運(yùn)而生。通過研制新型節(jié)能窗，根據(jù)季節(jié)和人類需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以極大地降低建筑能耗，能在節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，提升居住的舒適度。目前，市場銷售的節(jié)能窗均屬于低發(fā)射率(Low-E)范疇，其特點(diǎn)是具有較高的可見光透過率和較低的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。Low-E節(jié)能窗可以分為兩種類型。一種是太陽控制型(Solar-Control)，能對(duì)太陽光中的近紅外部分進(jìn)行高反射，適用于夏熱冬暖地區(qū)；另一種是低輻射型(Low-Emittance)，能對(duì)太陽光中的近紅外部分進(jìn)行高透射，而對(duì)室內(nèi)物體的輻射進(jìn)行高反射，起到保溫效果，適用于夏涼冬冷地區(qū)。而對(duì)于大多數(shù)冬冷夏熱的四季分明的地區(qū)，Low-E節(jié)能窗不能隨環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)冬夏雙向調(diào)節(jié)，因此要靠動(dòng)態(tài)光譜調(diào)節(jié)的新型智能窗來解決這一問題。根據(jù)材料的變色原理不同，可以分為熱致變色、電致變色和氣致變色等。電致變色需要施加電壓，而氣致變色需要通入氫氣，二者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也更高，無法應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活當(dāng)中。而熱致變色材料可以根據(jù)環(huán)境溫度變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能輻射的透射、反射自動(dòng)調(diào)節(jié)。在眾多熱致變色材料當(dāng)中，二氧化釩因其相變所引起的光學(xué)變化明顯，同時(shí)相變溫度最接近室溫而被認(rèn)為是目前最適合制備智能節(jié)能窗的熱致變色材料。二氧化釩的這種特殊性能表現(xiàn)在半導(dǎo)體-金屬相變過程中，即在低于相變溫度68℃的半導(dǎo)體態(tài)對(duì)紅外輻射的高透過性，高于相變溫度的金屬態(tài)對(duì)紅外輻射的高反射性。二氧化釩做成的貼膜貼在玻璃窗上，在保證采光的同時(shí)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)溫度，無需任何人工能源，被認(rèn)為是最低碳環(huán)保的節(jié)能玻璃材料之一。二氧化釩熱致變色材料的主要制備方法分為物理法和化學(xué)法。其中物理法包括磁控濺射法、普通反應(yīng)蒸發(fā)、離化反應(yīng)蒸發(fā)、粒子束反應(yīng)蒸發(fā)、溶膠-凝膠(sol-gel)、無機(jī)sol-gel、激光剝離以及液相沉積法等。化學(xué)法是近些年發(fā)展起來的新技術(shù)即采用化學(xué)法先合成M相二氧化釩納米粉體，再將納米粉體與透明有機(jī)樹脂混合制備成節(jié)能貼膜或者是直接涂覆在玻璃表面制成節(jié)能玻璃。這種制膜方法具有制備簡單、價(jià)格低廉、易于大規(guī)模生產(chǎn)以及能對(duì)現(xiàn)有玻璃窗進(jìn)行節(jié)能改造等優(yōu)點(diǎn)，在近些年來得到了廣泛的發(fā)展。但是，目前使用二氧化釩作為智能節(jié)能窗涂料尚存在一些技術(shù)問題。首先，二氧化釩納米粉體為黑色粉末狀，將其作為玻璃貼膜或者涂料涂敷在玻璃上之后玻璃整體呈棕黃色，這樣不僅會(huì)影響可見光的透過率，同時(shí)也影響玻璃的外觀。造成這種結(jié)果的主要原因是二氧化釩納米粉體在制成漿料時(shí)未能徹底分散，造成粉體顆粒間的團(tuán)聚；其次，化合價(jià)可為1～5之間的釩在通常環(huán)境下的穩(wěn)定價(jià)態(tài)是5價(jià)，而金紅石相二氧化釩中的釩處于中間亞價(jià)態(tài)的4價(jià)，在空氣或特別是含水分的大氣環(huán)境中極易劣化，逐漸轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)的五氧化二釩，進(jìn)而失去熱致變色性能。實(shí)驗(yàn)表明，將金紅石相的二氧化釩納米粉體涂料制成的節(jié)能窗放置在普通開放環(huán)境中，少則數(shù)日多則數(shù)月，溫控調(diào)節(jié)性能便逐漸降低甚至完全失去。同時(shí)五氧化二釩是一種有毒物質(zhì)，氧化的結(jié)果不但導(dǎo)致相變性能的劣化與消失，更會(huì)對(duì)環(huán)境和安全造成問題，這對(duì)于二氧化釩智能節(jié)能窗的推廣應(yīng)用是非常不利的。因此，提高二氧化釩粉體的分散性及穩(wěn)定性，提升二氧化釩智能節(jié)能窗的可見光透過率，防止二氧化釩在服役期間失效，延長使用壽命具有重大意義。在二氧化釩納米顆粒表面包上一層致密且穩(wěn)定的物質(zhì)，能夠起到隔絕氧氣與水分的作用，避免了顆粒的變形。近些年來，這種通過包覆手段形成二氧化釩核殼結(jié)構(gòu)已有專利和文獻(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道，論文(ScientificReports,2013.3)利用氧化鈦對(duì)氧化釩進(jìn)行包覆。粒子在電鏡下觀察到了殼結(jié)構(gòu)的裂紋，對(duì)核保護(hù)性受限。這可能是由于氧化鈦結(jié)晶過程中尺寸和膨脹系數(shù)和核材料有差異，導(dǎo)致應(yīng)力集中產(chǎn)生了裂紋。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本專利技術(shù)目的在于一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體及其制備方法，能夠提高二氧化釩納米粉體的分散性與穩(wěn)定性，即能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化釩納米粉體的均勻致密包覆，避免氧化鋅在結(jié)晶時(shí)由于晶粒取向不同而導(dǎo)致殼層開裂的情況。在此，本專利技術(shù)提供一種核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體，包括金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核和包覆所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的致密的層狀無定型鋅氧化合物外殼。本專利技術(shù)通過理論分析和計(jì)算，選取透明度高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的無定型鋅氧化合物作為包覆材料。該核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體中，無定型鋅氧化合物均勻包覆在二氧化釩納米粉體表面，形成致密的殼層，可提高金紅石相二氧化釩的分散性與穩(wěn)定性。本專利技術(shù)中，所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核與所述無定型鋅氧化合物外殼的質(zhì)量比為1：0.01～1：1，優(yōu)選為1：0.2～1：0.5。本專利技術(shù)中，所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的粒徑為10～100nm，優(yōu)選20～50nm。對(duì)用于智能節(jié)能窗的二氧化釩材料而言，由于物質(zhì)本身對(duì)于可見光有較強(qiáng)的吸收，而顆粒尺寸越大，則吸收越大，甚至?xí)咏煌该鳎裕苁褂玫亩趸C粉體實(shí)質(zhì)上只包含尺寸小于100nm的納米粉體并具近等方形貌。本專利技術(shù)的金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核為長徑比3以下且三維尺寸均在100nm以下的納米顆粒，滿足制備高性能智能節(jié)能窗的需求。本專利技術(shù)中，所述無定型鋅氧化合物外殼的厚度為3～200nm；優(yōu)選地，厚度為5～20nm；更優(yōu)選地，厚度為10～20nm。本專利技術(shù)還提供一種制備上述核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體的方法，包括：將二氧化釩粉體或二氧化釩分散液與表面活性劑及鋅氧化合物前驅(qū)體混合均勻，得到分散液A；在分散液A中加入沉淀劑，得到分散液B；以及將分散液B于50～100℃反應(yīng)8～48小時(shí)，分離得到所述核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體。專利技術(shù)人經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，總結(jié)出一種無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體的制備方法，將二氧化釩粉體或二氧化釩分散液與鋅氧化合物前驅(qū)體混合，并加入表面活性劑及沉淀劑，在一定溫度下使得鋅鹽在特定的條件下水解，實(shí)現(xiàn)無定型鋅氧化合物均勻包覆在二氧化釩納米粉體表面，形成核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體。通過控制表面活性劑、沉淀劑及反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，獲得一種鋅氧化合物連續(xù)包覆的核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體。本專利技術(shù)提供的無定型鋅氧化合物包覆二氧化釩納米粉體，在金紅石相納米二氧化釩顆粒的外面包覆了一層極薄、連續(xù)的無定型鋅氧化合物層，形成致密包覆，殼層厚度為3～200nm，優(yōu)選5～20nm，可提高金紅石相二氧化釩的分散性與穩(wěn)定性。因無定型鋅氧化合物是一種透明度較高的物質(zhì)，因此也不會(huì)影響金紅石相二氧化釩的整體可見光透過率，是一種穩(wěn)定的、且保持優(yōu)異的光學(xué)性能、熱致變色的金紅石相二氧化釩顆粒，有望用于金紅石相二氧化釩粉體的大規(guī)模制備，應(yīng)用于節(jié)能涂料、柔性節(jié)能膜或節(jié)能玻璃等。上述制備方法中，所述鋅氧化合物前驅(qū)體為鋅鹽、鋅鹽水合物或鋅本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體，其特征在于，包括金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核和包覆所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的致密的層狀無定型鋅氧化合物外殼。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體，其特征在于，包括金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核和包覆所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的致密的層狀無定型鋅氧化合物外殼。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體，其特征在于，所述無定型鋅氧化合物外殼與所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的質(zhì)量比為1：0.01～1：1，優(yōu)選為1：0.2～1：0.5。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體，其特征在于，所述金紅石相納米二氧化釩內(nèi)核的粒徑為10～100nm，優(yōu)選20～50nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體，其特征在于，所述無定型鋅氧化合物外殼的厚度為3～200nm；優(yōu)選地，厚度為5～20nm；更優(yōu)選地，厚度為10～20nm。5.一種制備權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的核殼結(jié)構(gòu)的納米粉體的方法，其特征在于，包括：將二氧化釩粉體或二氧化釩分散液與表面活性劑及鋅氧化合物前驅(qū)體混合均勻，得到分散液A；在分散液A中加入沉淀劑，得到分散液B；以及將分散液B于50～100℃反應(yīng)8～...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：紀(jì)士東，陳云翔，金平實(shí)，李榮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31