CN115323361B - 一种可相变的纳米片状vo2薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，采用低温液相沉积法合并氮气气氛热处理制备纳米片状VO2薄膜，其技术特征如下：以一定的摩尔比配制硫酸氧钒和乳酸的混合溶液，于室温下搅拌使其充分络合，使用氨水调节络合溶液的pH值在3.2~4.4范围，之后放入表面洁净的玻璃等基板，沉积反应温度控制在60℃~90℃范围，沉积反应一定时间后即获得的纳米片状前驱体薄膜；所得前驱体薄膜在一定氮气流速下，于一定温度下退火后即得纳米片状VO2薄膜。本发明提供了一种反应温度低、基底要求低、能耗低、可大面积成膜的纳米片状VO2薄膜制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及智能玻璃用材料技术领域，尤其涉及一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法。
背景技术
建筑能耗是指人们在日常工作生活中因采暖、空调、照明、炊事等而消耗的能量。在我国，当前的空调能耗占总建筑能耗的70％左右，占有总能耗（建筑能耗、工业能耗、农业能耗及交通运输能耗）的22％左右。 建筑节能已成为世界共同关注的课题，其中提高建筑中的能源利用率是建筑节的能研究重点，其宗旨是在保证建筑舒适性的条件下，合理使用能源， 不断提高能源利用效率。门窗作为冷热桥， 其保温隔热性能是建筑节能的关注焦点。
智能玻璃是一种可以感知室内温度需求进而对阳光中红外线的透过率进行调节来实现智能控温。VO2 （M相）作为一种无机氧化物具有独特的热致色变特性，在68℃附近发生金属-绝缘体相变（MIT）， 相变过程伴随着光、电、磁等性质的急剧变化，且其变化为可逆的。 VO2独特的相变特性使其可应用于智能玻璃、记忆存储材料、光电开关以及红外探测等。因此，VO2薄膜的制备与研究具有十分重要的科学与现实意义。
钒的氧化物价态从+2价到+5价有多种价态，同时存在很多稳定相，如氧化钒、三氧化二钒、二氧化钒、七氧化四钒以及五氧化二钒等。 除五氧化二钒外，其他每种价态的钒氧化物仅在很窄的温度区间范围内可以制备，此外VO2本身存在多种相结构，因此高纯度M相的VO2制备较为困难。
目前VO2薄膜的常用制备方法有磁控溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法以及化学气相沉积法等，不同的制备方法所制备的VO2薄膜相纯度、 表面结构以及光电学性能有着较大的差异。磁控溅射法是在高压下通过钒靶溅射成膜，配合后续退火工艺制备VO2薄膜，其薄膜厚度均匀性及可控性较差。此外，磁控溅射法在曲面及其他复杂表面均匀成膜困难，难以满足复杂形状成膜要求，且设备昂贵，操作复杂。溶胶-凝胶法制备VO2薄膜具有环境不友好、厚度难均匀、多次涂覆、易开裂及精确度不易控制等缺点。此外， 溶胶-凝胶法在大面积基底及复杂结构表面同样成膜困难。化学气相沉积法制备VO2薄膜因设备昂贵、反应温度高、对基底损伤大以及薄膜厚度难以精确控制等原因而无法广泛应用。液相沉积法是一种在低温（一般30~90oC）下在酸性溶液中生长薄膜方法，可广泛用于金属氧化物薄膜的制备。中国专利（202111591904.2）以NaOH为pH调节剂和Na离子引入剂采用低温液相沉积法，制备出具有优良吸附性能的HNaV6O16·4H2O薄膜；将该薄膜在300~500 oC退火可获得电化学储能性能良好的NaV6O15薄膜（Chen, J., et al., Preparation and electrochemical performance of binder-free sodium vanadium bronze thin film electrodes based on a low temperature liquid phase deposition method. Materials Chemistry andPhysics, 2020. 249: P.122935），也可通过在低温沉积过程中引入其他离子可获得掺杂改性的钒青铜薄膜（Xu, H. Y.et al, Enhancement of Electrochemical Properties of SIBs by Generating a New Phase in Potassium-Doped NaV 6 O 15 Film Electrodes, J.Phys. Chem. C, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c10613; Xu, H. Y., et al.,Preparation of lithium-doped NaV 6 O 15 thin film cathodes with high cycling performance in SIBs. Journal of the Korean Ceramic Society, 2021. https://doi.org/10.1007/s43207-021-00127-3. ）。
结合液相沉积制备方法的优点及弥补其他VO2薄膜制备方法存在的不足，本发明的基本思路是通过在温和的低温条件下，以液相沉积技术制备出易于高温脱铵脱水的(NH4)8V19O41(OH)9)(H2O)11前纳米状驱体，从而制备出一种成本可控、易于生产、满足各种宏观形状需求、具有室温相变控制功能的微观纳米片状VO2薄膜。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种反应温度低、对基底要求低（可任意形状，且对导电性无要求）、能耗低、工艺简单、以及可大面积任意形状成膜的微观纳米片状VO2薄膜制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
（1）按5:4~1:2摩尔比的范围称取分析纯原料VOSO4和乳酸配制成混合溶液，充分搅拌，使其络合；
（2）基板清洗：使用表面活性剂超声清洗5分钟去除表面有机物和灰尘颗粒，再用去离子水冲洗5分钟，最后重复用去离子水超声5分钟清洗3~5次，在80 ℃真空干燥2小时，待用；对于普通玻璃或单晶硅基板，用该步骤清洗之后，再用体积比为1:4的氢氟酸溶液浸泡1分钟，对基板进行表面活化处理，取出后用去离子水冲洗，再在80 ℃真空干燥2小时，待用；
（3）在步骤（1）制备的络合溶液中，加入15 M氨水溶液调节pH到3.2~4.4范围；
（4）将步骤（2）中干燥后的ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、普通玻璃或单晶硅基板等，浸入步骤（3）制备的混合溶液中，于60 ℃ ~ 90 ℃恒温反应72小时 ~ 240小时，取出基板，用去离子水冲洗净2分钟，于80 ℃干燥2小时，即沉积得纳米级(NH4)8(V19O41(OH)9)(H2O)11前驱体薄膜；
（5）将步骤（4）中制得的前驱体薄膜，以2 oC/min的速率升温至500 ℃ ~ 600 ℃，N2流速为25 mL/min~50 mL/min的气氛下恒温退火1小时 ~ 2小时，之后，随炉冷却至室温，制得微观纳米片状VO2薄膜。
本发明的优点是：本发明采用温和的低温液相沉积法在水溶液中沉积易于相变的微观纳米片状VO2薄膜，而产生对致热的中红外光波的滤光性能，实验过程操作简单，反应条件温和节能无污染，有利于薄膜的大面积制备。具体可概括为：
（1）本发明采用低温液相法在水溶液中沉积薄膜，随着反应的进行，产物首先在基板上进行异质成核，随后进入生长期，通过控制不同的实验因素来合成不同规格的薄膜产物，实验过程操作简单，反应条件温和节能无污染，有利于大面积成膜；
（2）在前驱体薄膜的沉积过程中，采用优选的氨水调节溶液pH值使得VO2+逐步释放并在基板上成核生长，最终沉积得到水合相前驱体(NH4)8V19O41(OH)9)(H2O)11薄膜，然后在N2气氛保护下通过热处理脱水分解而得到M相VO2薄膜；通过调节不同的热处理温度，可以获得不同规格的VO2薄膜；
（3）本发明制得的VO2薄膜呈纳米片状，易于发生相变从而产生光学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中前驱体薄膜的X射线衍射谱；
图2为本发明实施例1中前驱体薄膜的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1~8中产物a~h的X射线衍射谱；
图4为本发明实施例1中产物a的扫描电镜图；
图5为本发明实施例1中产物a的XPS谱；
图6为本发明实施例1中产物a的变温紫外-可见-近红外光谱；
图7为本发明实施例9中产物i的傅里叶红外光谱；
图8为本发明实施例10中产物j的拉曼光谱；
图9为本发明实施例11中产物k的扫描电镜图。
图10为本发明实施例12中产物l的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）按摩尔比5:4称取0.1630 g VOSO4和0.0840 g乳酸配制成混合溶液，充分搅拌，使其络合；
（2）使用表面活性剂超声清洗5分钟去除ITO基板表面有机物和灰尘颗粒，再用去离子水冲洗5分钟，最后重复用去离子水超声5分钟清洗3~5次，在80 ℃真空干燥2小时，待用；
（3）在步骤（1）制备的络合溶液中，加入15M氨水溶液调节pH=4.0，定容至50 mL；
（4）将步骤（2）中干燥后的的ITO基板浸入步骤（3）制备的混合溶液中，于90 ℃恒温反应72小时，取出基板，用去离子水冲洗净2分钟，于80 ℃干燥2小时，即得前驱体薄膜；
（5）将步骤（4）中制得的前驱体薄膜，以2 oC/min的速率升温至500 ℃，N2流速为50mL/min的气氛下恒温退火2小时，之后，随炉冷却至室温，所得薄膜产物，命名为a。
实验结果：前驱体薄膜的晶相结构为三斜晶系的(NH4)8V19O41(OH)9)(H2O)11（见图1），其显微结构为纳米片状形貌（见图2）。
薄膜产物a的晶相结构为M相VO2（如图3中a所示）；其显微结构类同于前驱体的纳米片状形貌（见图4）；其XPS光谱显示产物中钒元素的价态为+4价（见图5）；变温固体紫外-可见-近红外光谱显示薄膜的红外透过率随温度变化，具有相变调光特性（见图6）。
实施例2
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（3）中pH为3.22，步骤（5）中退火温度为550 ℃，其余工艺参数不变，制得产物，命名为b。
实验结果：产物b的晶相结构为M相VO2（如图3中b所示）。
实施例3
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（3）中pH为3.82，步骤（4）中沉积温度改变为80 ℃，恒温反应时间为96 小时，步骤（5）中退火温度为600 ℃，其余工艺参数不变，制得产物，命名为c。
实验结果：产物c的晶相结构为M相VO2（如图3中c所示）。
实施例4
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（3）中pH为4.36，步骤（4）中沉积温度改变为80 ℃，恒温反应时间为96 小时，步骤（5）中退火温度为550 ℃，其余工艺参数不变，制得产物，命名为d。
实验结果：产物c的晶相结构为M相VO2（如图3中d所示）。
实施例5
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（1）中摩尔比为5:8，称取0.1630 g VOSO4和0.1680g乳酸，步骤（3）中pH为3.48，步骤（4）中沉积温度改变为70 ℃，恒温反应时间为144 小时，其余工艺参数不变，制得产物，命名为e。
实验结果：产物e的晶相结构为M相VO2（如图3中e所示）。
实施例6
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（1）中摩尔比为1:2，称取0.1630 g VOSO4和0.2100g乳酸，步骤（3）中pH为3.60，步骤（4）中沉积温度改变为60 ℃，恒温反应时间为240 小时，其余工艺参数不变，制得产物，命名为f。
实验结果：产物f的晶相结构为M相VO2（如图3中f所示）。
实施例7
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（3）中pH为3.60，步骤（4）中沉积温度改变为85 ℃，恒温反应时间为96小时，步骤（5）中N2流速为25 mL/min，其余工艺参数不变，制得产物，命名为g。
实验结果：产物g的晶相结构为M相VO2（如图3中g所示）。
实施例8
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（3）中pH为3.42，步骤（4）中沉积温度改变为85 ℃，恒温反应时间为96小时，步骤（5）中N2流速为40mL/min，退火时间1小时，其余工艺参数不变，制得产物，命名为h。
实验结果：产物h的晶相结构为M相VO2（如图3中h所示）。
实施例9
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（2）中基板为硅片，用步骤（2）清洗之后，再用体积比为1:4的氢氟酸溶液浸泡1分钟，对硅片进行表面活化处理，取出后用去离子水冲洗，再在80 ℃真空干燥2小时，待用，其余工艺参数不变，制得产物，命名为i。
实验结果：产物i的傅里叶红外光谱显示为VO2中V-O键的振动吸收峰（见图7）。
实施例10
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（2）中基板为普通玻璃，用步骤（2）清洗之后，再用体积比为1:4的氢氟酸溶液浸泡1分钟，对玻璃基底进行表面活化处理，取出后用去离子水冲洗，再在80 ℃真空干燥2小时，待用，其余工艺参数不变，制得产物，命名为j。
实验结果：产物j的拉曼光谱显示为VO2中V-O键的拉曼峰（见图8）。
实施例11
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（2）中基板为FTO，步骤（3）中pH为3.52，其余工艺参数不变，制得产物，命名为k。
实验结果：产物k的SEM显示VO2的显微结构为纳米片状形貌（见图9），与样品a相似。
实施例12
一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：
按实施例1中（1）~（5）相同的工艺步骤，只改变步骤（5）中退火温度为550 ℃，其余工艺参数不变，制得产物，命名为l。
实验结果：产物l的SEM显示VO2的显微结构为纳米片状形貌（见图10）。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，其特征在于：采用低温液相沉积法合并氮气气氛热处理制备纳米片状VO2薄膜，具体步骤如下：
1)配制一定摩尔浓度比的硫酸氧钒和乳酸的混合溶液，搅拌使其络合均匀；
2)在混合溶液中加入氨水调节混合溶液的pH值至特定范围；
3)将清洗干燥后的基板放入调pH值后的混合溶液中，恒温沉积反应一段时间后，取出基板，再冲洗干燥，得到纳米级(NH4)8(V19O41(OH)9)(H2O)11前驱体薄膜；所述基板的清洗干燥步骤如下：使用表面活性剂超声清洗5分钟，再用去离子水冲洗5分钟，最后重复用去离子水超声5分钟清洗3～5次，在80℃真空干燥2小时，待用；
4)将前驱体薄膜放入管式炉中，在一定流速的氮气气氛保护下，于一定温度下恒温退火处理后，再冷却至室温，得到微观纳米片状VO2薄膜，密封保存；
步骤3)的恒温沉积的温度为60℃～90℃，时间72小时～240小时。
2.根据权利要求1所述的一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的硫酸氧钒和乳酸的混合溶液摩尔浓度比为5:4～1:2。
3.根据权利要求1所述的一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中混合溶液的pH值为3.2～4.4。
4.根据权利要求1所述的一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的取出基板，再冲洗干燥，具体是用去离子水冲洗2分钟，在80℃温度下干燥2小时。
5.根据权利要求1所述的一种可相变的纳米片状VO2薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中所述的氮气的流速范围为25mL/min～50mL/min，退火处理温度范围为500℃～600℃。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101700909A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-05-05 | 中国科学技术大学 | 水热法制备具有智能节能性能的二氧化钒的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101700909A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-05-05 | 中国科学技术大学 | 水热法制备具有智能节能性能的二氧化钒的方法 |
| CN101880060A (zh) * | 2010-07-14 | 2010-11-10 | 中国科学技术大学 | 快速制备单斜相vo2的方法 |
| JP2016191016A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | コニカミノルタ株式会社 | 光学層形成用組成物および光学フィルム |
| JP2017186398A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | コニカミノルタ株式会社 | 二酸化バナジウム含有粒子の製造方法、二酸化バナジウム含有粒子分散液の製造方法及び光学フィルムの製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 一种无机沉淀- 胶溶法制备二氧化钒薄膜及热致相变性能;李尧;《化学工程师》;第第258卷卷(第第3期期);第10-16页 * |
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