温致变色纳米VO2的制备及其结构调控

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二氧化钒(VO2)是具有可逆金属-绝缘体相转变特性的温致变色材料,作为温控包装材料使用,可以智能调节太阳能辐射光的透光率,从而控制包装容器内部温度,延长产品存储时间。VO2晶体的尺寸及结构是影响其温致变色性能的重要因素,通过优化制备工艺来对这些因素进行调控成为开发VO2温致变色材料的重要组成部分。目前关于纳米VO2的生长机理及其形貌、结构和相变特性控制规律的研究仍不足,限制了 VO2温致变色材料的大规模开发及应用。首先采用沉淀-水热法,以五氧化二钒(V2O5)为钒源,通过改变水热反应条件制备出棒状、雪花状、颗粒状的VO2粉体,利用SEM、XRD、TEM、Raman等表征手段研究了三类VO2产物的形貌、结构与物相,结果证实不同形态VO2的形成机理存在较大差异。利用DSC对三类VO2退火后的产物进行相变温度分析,结果表明颗粒状的纳米VO2的相变温度最低,可逆相转变热滞温度区间最小。其次对颗粒状纳米VO2的制备工艺进行优化,以V2O5为原料,抗坏血酸(C6H806)为还原剂、NaOH为沉淀剂,制备出尺寸为30~60 nm的VO2颗粒,利用XRD、FT-IR等手段,对制备的纳米VO2进行微观结构及物相分析,研究了反应条件对纳米VO2形貌、结构和相变特性的影响。结果表明当以沉淀-水热法为合成策略,水热温度为260℃、水热时间为18 h、表面活性剂用量为1.5 mmol为最优工艺参数,得到尺寸为60 nm左右、分布均匀、相变温度为68.6℃的纳米VO2颗粒。论文中通过优化工艺条件可实现对VO2形貌、结构与性能的合理化调控,并有助于完善VO2晶体的生长机理和结构控制理论,从而为VO2温致变色材料在智能包装领域的应用提供实验基础和实验依据。
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