VO2/CsxWO3复合隔热材料的制备及其性能研究

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二氧化钒(VO2)属于无机热致变色材料,在智能窗领域具有广阔的研究价值。另外,钨青铜材料(CsxWO3)作为具有高的可见光透过和近红外吸收性能的无机透明节能窗材料,对于促进VO2的相变转换和提高近红外遮蔽性能方面较为有利。因此,VO2/CsxWO3复合材料在节能环保方面具有很高的实际应用价值。以乙醇水溶液作为溶剂,利用水热退火两步法制备了VO2。结果表明,VO2的结晶度和颗粒尺寸会因为乙醇的水溶液和椰果的加入而减小,BC-50%Et-VO2-H粉体具有最佳的热致相变性能(相变焓为41.41 J/g)。以乙酸锌、钼酸铵和钨酸铵作为掺杂剂,采用水热退火法分别制备了Zn-VO2、Zn/Mo-VO2和Zn/W-VO2。当Zn掺杂浓度为4.31 at%时,相变焓值为41.7 J/g。Zn-VO2薄膜不仅具有优异的太阳光调制能力(ΔTsol=15.27%),而且在热诱导相变后表现出了更好的可见光透过率(ΔTlum=+5.78%)。Zn/Mo共掺杂VO2(M)在氧空位和Mo6+协同作用下具有更低的相变温度Tc(50.10℃)和更窄的磁滞回线宽度ΔT(7.04℃)。Zn/W-VO2不仅颗粒具有良好的热致变色性能(Tc=56.41℃/47.92℃,ΔH=25.0 J/g),而且其薄膜也表现出了更好的可见光透过率(Tlum=45.98%)、太阳光调制能力(ΔTsol=8.17%)和隔热性能。表明Zn/W共掺杂的协同作用可以有效提高二氧化钒的热变色性能。利用高温固相法合成了不同钾铯比例的钾铯钨青铜粉体,随着钾铯钨青铜粉体中钾含量的增加,禁带宽度会逐渐增大(由3.09 eV增加至3.25 eV左右),但是紫外光催化降解罗丹明B速度反而逐渐降低,钾铯钨青铜的降解率由73.56%降低至50%左右。当钾铯比为0.6:0.4时,样品具有优异的近红外光遮蔽性能(90%以上)和良好的隔热性能(ΔT=4.7℃)。钾铯钨青铜粉体的制备成本要低于纯铯钨青铜粉体,有利于工业化生产。通过对VO2/CsxWO3/SiO2气凝胶三层膜进行结构设计,成功获得了具有优异的热致变色性能的SCV复合薄膜(Tlum=67.33%,ΔTsol=5.89%)。当SiO2气凝胶处于复合薄膜最外层时会对入射光线产生较强的散射作用,从而使薄膜产生类磨砂的现象。采用了一种简单的自组装具有类核壳结构的VO2/SiO2气凝胶复合材料的制备方法,结果表明,当复合膜中VO2与SiO2气凝胶的质量比为1/2时,薄膜具有优异的热致变色性能(ΔTsol=14.0%,Tlum=43.4%),与纯VO2薄膜相比,太阳调制能力提高了118.8%。这主要归功于SiO2气凝胶的介孔结构和减散射效应。此外,SiO2气凝胶颗粒不仅被均匀地包覆在VO2颗粒表面,使其在空气中具有优异的抗氧化性,而且可以与离子掺杂效应协同作用。另外,还制备了具有优异的热致变色性能(Tlum=37.1%,ΔTsol=17.3%)和近红外遮蔽性能的Zn-VO2/Cs0.32WO3/SiO2气凝胶复合薄膜。本研究为提高VO2基智能窗的热致变色性能提出了一个新的研究思路,并将对VO2基智能窗的商业化应用起到很大推动作用。
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