【摘 要】
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能源枯竭和环境污染成为目前亟需解决的两大难题。其中,建筑能源约占世界能源消耗的40%,而高达50%的建筑能耗应用在了调控室内温度上。因此,如何降低调控室内温度所需能源,是降低建筑能耗的关键。VO2是一种相变材料,在外界热、光、电、力等因素诱导下,极短时间内发生可逆的金属-绝缘体（MIT）转变,同时伴随电学和光学性能突变。当温度低于VO2相变温度时,大部分可见光和近红外可透过VO2,当温度高于其相变
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能源枯竭和环境污染成为目前亟需解决的两大难题。其中,建筑能源约占世界能源消耗的40%,而高达50%的建筑能耗应用在了调控室内温度上。因此,如何降低调控室内温度所需能源,是降低建筑能耗的关键。VO2是一种相变材料,在外界热、光、电、力等因素诱导下,极短时间内发生可逆的金属-绝缘体（MIT）转变,同时伴随电学和光学性能突变。当温度低于VO2相变温度时,大部分可见光和近红外可透过VO2,当温度高于其相变温度时,近红外光透射率急剧下降,而可见光透射率仍保持不变。近红外光约占太阳光能量的53%,调节近红外光可实现对室内温度的调控。VO2在调节室内温度同时,仍能保持室内明亮度,因此在智能窗等领域最具应用潜力。目前,常见的VO2制备方法有磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶、水热法等。其中,水热法制备VO2具有物相可控、结晶度高、颗粒尺寸小等优点,使其成为最佳制备方法之一,但由于其存在制备周期长、反应温度高、压力大及溶液污染等问题,阻碍了其实际应用。因此,开发一种简单的、低成本及环境友好的制备方法是促进VO2实际应用亟需解决的一大难题。球磨法是一种固-固反应方法,具有去溶剂化、周期短、产率高、成本低等优点。目前,通过球磨法来制备VO2的研究还比较少,本文系统地研究球磨法制备VO2的工艺,并探索改善策略来优化VO2的光学性能。具体研究内容如下:1.基于球磨法及后续退火,利用葡萄糖来还原V2O5,通过研究转速、球料比、球磨时间、退火条件等对物相的影响,成功制备出VO2纳米颗粒。通过TG-MS测试手段深入探索氧化还原机理,并得到氧化还原反应式:10V2O5+C6H12O6→20VO2+2CO↑+4CO2↑+6H2O2.通过湿磨法解决固-固反应中产生软团聚的问题,降低软团聚后,VO2的光学性能由Tlum=57.4%,ΔTsol=-0.9%提升至Tlum=59.40%,ΔTsol=9.26%。将V2O5、葡萄糖与Si O2纳米颗粒一起球磨,可降低钒前驱体产生的硬团聚,其光学进一步提升至Tlum=56.82%,ΔTsol=13.88%。3.W掺杂可降低VO2的相变温度,通过提高转速,可提高W掺杂效率,VO2相变温度可降至34℃。通过湿磨,W掺杂VO2的光学性能由Tlum=44.05%,ΔTsol=0.65%提升至Tlum=62.50%,ΔTsol=8.48%。为进一步提高VO2纳米颗粒的分散性,将其与Si O2复合,所得VO2的光学性能为Tlum=55.47%,ΔTsol=10.48%,能满足实际应用要求。
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