WO1996015068A1 - Vanadium dioxide microparticles, method for preparing same, and use thereof, in particular for surface coating - Google Patents

Vanadium dioxide microparticles, method for preparing same, and use thereof, in particular for surface coating Download PDF

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Jean-Raymond Gavarri
Jean-Christophe Valmalette
Gilbert Vacquier
Daniel Lefevre
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Definitions

  • Vanadium dioxid microparticles process for obtaining said microparticles and their use, in particular for surface coatings.
  • the subject of the present invention is microparticles of vanadium dioxide, a process for obtaining said microparticles and their applications, in particular for surface coatings in which they are incorporated.
  • the invention relates to vanadium dioxide microparticles of formula N 1 _ x M x O2 in which 0 ⁇ x s. 0.05 and M is a doping metal, said microparticles having a particle size less than 10 ⁇ m, in particular less than 5 ⁇ m, preferably of the order of 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the doping metal can be chosen from transition elements offering an ionic radius greater than that of vanadium such as for example ⁇ b or Ta or an electronic contribution such as for example Mo or W, W and Mo being preferred.
  • the microparticles according to the invention consist of doped vanadium dioxide of formula N ⁇ _ x W x O2 in which x is between 0 and 0.02.
  • the vanadium dioxide microparticles according to the invention can in particular be used in the technical sector of coating compositions intended to be deposited essentially in thin layers in the form of film or film, such as paints, varnishes and any type of coating that one can deposit in successive layers.
  • the object of the invention is therefore in particular to use the microparticles of vanadium dioxide described above to produce an "intelligent" material which automatically reduces the transmission of solar radiation in the field of infrared rays, when the material reaches a given temperature level. It is thus possible to benefit from the energy of the infrared below the set temperature and to eliminate excessive heating above this temperature.
  • vanadium dioxide microparticles One of the main applications of the vanadium dioxide microparticles according to the invention is their use in coatings intended to be affixed to the facades of buildings exposed to the weather. Dark-colored coatings exposed to the sun's rays heat up much more than light-colored coatings. They therefore undergo very high amplitude expansion-shrinkage cycles which cause premature degradation of the coating film. To date, it is therefore not possible to guarantee a dark paint whose luminance is less than 35. This can be limited by adding a vanadium dioxide pigment in the paint which the transition temperature is set in the range of 25 ° C for example.
  • Another application is that of protecting transparent or translucent surfaces which must allow visible radiation to pass through, such as in greenhouses, verandas, residential glazing, but for which the interior temperature is to be controlled; such use can also be envisaged in the context of glazing and the bodywork of cars or any transport vehicle.
  • the coating reduces the need for air conditioning and, on the other hand, in winter, the coating limits heat dissipation to the outside.
  • the coating advantageously allows energy savings.
  • one of the objectives of the present invention is to be able to control the transfer and absorption of heat energy on the surface of a wall, without the need to transform or treat in a specific way the material of that -
  • a coating as is done with paints
  • said coating according to the invention can itself be such a paint, which allows an implementation and an economical manufacture.
  • This transition is associated with a sudden change in electronic properties: the compound thus passes from the insulating state when the temperature is lower than T to the metallic state when the temperature is higher than T t ; optically, this This change results in profound changes in the absorption and reflectance properties in the near and far infrared.
  • vanadium dioxide will include vanadium dioxide commonly known as VO2 or V2O4.
  • VO2 or V2O4 vanadium dioxide
  • studies have recently been carried out on this compound such as those which can be noted in the publications SM Babulanam, Mat. Opt. Ground. Iight Tcchn. 692 (1986) 8 and JC Nalmalette, Sol. Energy Mater 33 (1994) 135.
  • Studies have thus been carried out on thin layers of vanadium dioxide deposited on various substrates: they have in particular revealed the practical interest of the development of a material transparent to light but do not letting the infrared part of the solar spectrum pass only at low temperature.
  • vanadium dioxide currently seems to be the only compound for which the transition is in a temperature and wavelength range specific to the thermal regulation of the habitat.
  • this compound has the additional advantage of being able to undergo chemical substitutions by suitable atoms as defined below and allowing a displacement of the temperature T ⁇ ve ⁇ s • cs bass- 6 - 5 temperatures.
  • vanadium dioxide is prepared from tetravalent vanadium by dissolution in a solvent, hydrolysis and condensation to gradually form a sol, then, by evaporation of the solvent, formation of a gel which is then subjected to a heat treatment to give NO2, under a finely controlled atmosphere.
  • the problem is therefore to be able to obtain a powder of small particle size comprising essentially vanadium dioxide undoped or doped, in particular with tungsten, which can in particular be incorporated into a liquid or viscous support with a view to obtaining a coating of area.
  • the invention therefore relates to a process for obtaining vanadium dioxide microparticles of formula V ⁇ _ x M x O2 in which M is a doping metal and 0 ⁇ x ⁇ 0.02, by pyrolysis of doped or undoped ammonium hexavanadate, characterized in that said pyrolysis is carried out at a temperature between approximately 400 * C and approximately 650 * C, with a rate of temperature rise of at least 100'C / min , and in that the gases from said pyrolysis are kept in confinement and in direct communication with the reaction medium for a period of at least 1/2 h, preferably 1 h.
  • ammonium hexavanadate (NH ⁇ N6 ⁇ 6 is known in the industry for the manufacture of N2O5 commonly used as a catalyst, but in which tetravalent vanadium is considered as a non-catalytic impurity which is sought l
  • the trials which could have been carried out with this precursor to also obtain vanadium dioxide alone were unsuccessful since V2O3 was then obtained and all the publications known to date affirm that it was not possible to obtain pure vanadium dioxide.
  • the implementation of the conditions characteristic of the pyrolysis process according to the invention namely:
  • the gases resulting from the thermal decomposition of ammonium hexavanadate are collected in a gas bag under slight overpressure, for example of about 0.5 bar, preferably placed at a height lower than that of the reactor.
  • the pyrolysis temperature must be between approximately 400 ° C. and approximately 650 ° C., preferably 635 ° C. If the temperature is greater than about 650 * C, the V2O5 present in the reaction medium may melt before reacting. On the other hand, a reaction temperature below about 400 ° C leads to non-thermochromic VO2 (B).
  • this duration must also be fixed so as to obtain doping homogeneity while preventing grain growth by optimizing the temperature-time compromise. For example, for a doping rate of 5% of W: temperature 600 * C 650 * C 700 * C minimum time 6 h 3 h 1 h maximum time 60 h 12 h 6 h If you want to prepare microparticles of vanadium dioxide having a different structural transition temperature of 68 ° C (corresponding to pure vanadium oxide), it is necessary to dope it with a substitute product for which stable valency must be greater than 4.
  • a metal chosen from Nb, Ta, Mo and W will be used as substitution product, W and Mo being preferred.
  • ammonium hexavanadate is therefore used, doped with a metal chosen from Nb, Ta, Mo and W, W and Mo being preferred.
  • the term "doping with a metal” means said metal being as defined above, the doping carried out using the metal in pure form or in the form of a compound containing it, such as in particular a tungstate or a molybdate.
  • the ammonium hexavanadate used in the process according to the invention is commercially available. It can also be prepared in a known manner from ammonium metavanadate.
  • tungsten as a substitute is also advantageous insofar as the ammonium tungstate is very soluble in water.
  • the ammonium tungstate can be easily dissolved in water with the ammonium hexavanadate, with a minimum of humidification 20% by mass to obtain a homogeneous ground paste.
  • the ammonium hexavanadate is subjected before degassing to degassing at a temperature below the decomposition temperature of the ammonium hexavanadate, in particular below about 230 ° C. and, preferably of the order of 200 ° C., and by pumping under primary vacuum for at least 1 min, for example 15 min.
  • the vanadium dioxide obtained can advantageously be subjected to an annealing step under inert gas, at a temperature of at least 600 ° C., for a period of at least 1 h, for example 5 h.
  • this annealing step could be carried out at 600 ° C. for
  • the vanadium dioxide will be cooled under inert gas to a temperature of about 120 ° C.
  • the cooling rate can be, for example, around 150 ° C. min at 250 ° C./min.
  • FIG. 1 An example of an oven for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. 1 in which, in addition to mounting a mobile tubular oven (2) on a rail (3) relative to the treatment chamber (1) consisting of a quartz tube, which makes it possible to obtain the desired rapid temperature setting, a gas bag (4) is shown which allows the gases resulting from the thermal decomposition of hexavanadate d to be kept in confinement ammonium, in particular NH3, above the grains to be treated in the chamber (1). This maintains a partial ammonia pressure sufficient for the reduction reaction to VO2 to be complete. The heavier N2O gas is drawn downwards into said gas bag (4), which makes it possible to increase and optimize the purity of the compounds obtained.
  • nitrogen or argon will be used, for example.
  • FIG. 1 are also represented in (5) the valve allowing the possible exit of the gases, in (6) and (7) the carboys supplying argon and nitrogen, in (8) a vacuum pump and in (9) the pressure indicator dial.
  • Some grains can be 2 to 10 ⁇ after reaction but can be easily broken by grinding; in fact, they are all advantageously in the form of "pre-cut" plates when they are prepared by the method of the present invention, as shown in the scanning electron microscopy (SEM) photography shown in FIG. 2, while in the processes of the prior art, as mentioned above, even when pure vanadium oxide is obtained, these are essentially solid single crystals of the order of 30 ⁇ m and which are therefore very difficult to break.
  • SEM scanning electron microscopy
  • the vanadium dioxide obtained at the end of the pyrolysis is subjected to wet grinding.
  • Said grinding can be carried out for example in a zirconia ball mill rotating at more than 3000 revolutions / min for a duration less than or equal to 2 h.
  • the invention therefore relates to the use of the vanadium dioxide microparticles according to the invention for the preparation of surface coating compositions.
  • the incorporation of vanadium dioxide into the surface coating composition, in particular a paint or a varnish can be carried out by any known process such as the pasting, by stirring introduction, of doped or undoped vanadium dioxide and of a dispersing agent to aid its dispersion and stabilize it in this form.
  • a grinding is optionally carried out to reduce the particle size, such as for example in a zirconia ball mill rotating at more than 3000 revolutions per minute for 2 hours, which makes it possible to break down the vanadium dioxide microparticles which would possibly be greater at 0.1 - 0.5 ⁇ m, said grinding can also be carried out, as mentioned above, on vanadium dioxide before incorporation into the surface coating composition.
  • the invention also relates to surface coating compositions containing the vanadium dioxide microparticles described in the present application.
  • VMA ammonium metavanadate
  • ADRICH ref. 20,555 9; purity: 99%; M: 116.78 20 g of ammonium metavanadate (MVA) (ALDRICH ref. 20,555 9; purity: 99%; M: 116.78) are introduced into a 250 ml beaker.
  • the beaker is placed on a hot plate.
  • a few drops of water are added with stirring so as to form a fluid paste in order to initiate the dissolution of the MVA.
  • the beaker is heated to 55 ° C. ⁇ 5 ° C. while maintaining agitation.
  • a solution of IN hydrochloric acid is then added dropwise (at the start) while stirring and keeping the temperature constant.
  • the pH is controlled so as to regulate the rate of addition of the acid and prevent sudden drops in pH.
  • the total duration of this stage is more than half an hour.
  • the basket is then placed directly in the second zone (B) of the oven where the temperature is 600 ⁇ 5 * C (temperature rise rate of approximately 250 * C / min.).
  • the cooling in zone C of the furnace is carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 * C at a speed of 200 * C / min. about.
  • the basket is then placed directly in the second zone (B) of the oven where the temperature is 600 ° C. (temperature rise rate of approximately 250 ° C./min.).
  • the cooling was carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 ° C. at a speed of approximately 200 ° C./min.
  • the mass of product obtained is 19.424 g (including ammonium chloride).
  • the product is characterized by an X-ray diffraction diagram and an IRTF spectrum: very weak bands due to tungstate are added to that of HVA.
  • the basket is then placed directly in the second zone (B) of the oven where the temperature is 600 ⁇ 5 * C (temperature rise rate of approximately 250 * C / min.). All of the gases emitted are recovered in a gas bag in slight su etression and in direct communication with the reactor and placed at a height lower than that of the reactor. c Annealed vanadium dioxide.
  • the sample is left at 600 ° C for 14 hours. d. Cooling and removal from the oven.
  • the cooling in the zone C of the furnace was carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 * C at a speed of 200 * C / min. about.
  • Ammonium tungstate is a white powder soluble in water. 0.539 g is added to the grinding paste and the dispersion is continued for several minutes.
  • Example 5 The procedure is as indicated above in Example 5 starting from 20 g of HVA (Treibacher, Austria, ref. AHVfer 99%).
  • the mass of incorporated ammonium tungstate is 1.089 g. yi.Pyrolvse of the doped HVA precursor.
  • the pyrolysis is carried out under the same operating conditions as in Example 5 above.
  • the coating thus obtained is applied to a glass plate using a manual applicator allowing the deposition of a thickness of 50 ⁇ m wet. Drying takes place at room temperature.
  • the free films were characterized by IRTF transmission spectroscopy and RTA (Attenuated Total Reflection).
  • Figures 8a and 8b show in 3 dimensions the evolution of the absorption bands during heating of the film ( Figure 8a) then cooling (FIG. 8b) for a film containing undoped VO2. It can be observed that only the bands of the polymer remain unchanged.
  • b Scanning electron microscopy. SEM allowed - on the one hand to characterize the distribution of VO2 grains in the dry film,
  • thermochromic transition of films in the near infrared domain has been specially designed in order to highlight the thermochromic transition of films in the near infrared domain.
  • the principle has been published in an international journal (J.C. VALMALETTE et al., Solar
  • the artificial solar source (11) consists of a 50 W halogen lamp, the maximum emission of which is centered on 1 ⁇ m.
  • the samples are composite films or coatings (13) 58 mm in diameter deposited on a glass substrate (16) placed between the source (11) and the detector (10) measuring the light flux for wavelengths included between 0 and 2.8 ⁇ m.
  • the multimeter measures the voltage delivered by the detector (10).
  • Each sample can be heated or cooled by air flow (12) and the film temperature is measured using a thermocouple connected to the thermometer (14).
  • Dry film 10 ⁇ m thick containing a mass fraction of undoped VO2 equal to F.M. 0.01.
  • Dry films 100 ⁇ m thick containing a mass fraction of VO2 doped with 1% tungsten equal to F.M. 0.005 ⁇ 0.001.
  • D particle diameter
  • D * average particle diameter
  • D particle diameter
  • D * average particle diameter

Abstract

Vanadium dioxide microparticles having formula V1-xMxO2, wherein 0 « x « 0.05 and M is a doping metal, and being characterised in that they have a particle size of less than 10 νm, a method for preparing same, and the use of said microparticles, in particular for surface coating, are disclosed.

Description

Microparticules de dioxvde de vanadium, procédé d'obtention desdites micropaτticules et leur utilisation, notamment pour des revêtements de surface. Vanadium dioxid microparticles, process for obtaining said microparticles and their use, in particular for surface coatings.
La présente invention a pour objet des microparticules de dioxyde de vanadium, un procédé d'obtention desdites microparticules et leurs applications, notamment pour des revêtements de surface dans lesquels elles sont incorporées.The subject of the present invention is microparticles of vanadium dioxide, a process for obtaining said microparticles and their applications, in particular for surface coatings in which they are incorporated.
Dans un premier aspect, l'invention concerne des microparticules de dioxyde de vanadium de formule N1_x Mx O2 dans laquelle 0 ≤ x s. 0,05 et M est un métal dopant, lesdites microparticules ayant une granulométrie inférieure à 10 μm, notamment inférieure à 5 μm, de préférence de l'ordre de 0,1 à 0,5 μm.In a first aspect, the invention relates to vanadium dioxide microparticles of formula N 1 _ x M x O2 in which 0 ≤ x s. 0.05 and M is a doping metal, said microparticles having a particle size less than 10 μm, in particular less than 5 μm, preferably of the order of 0.1 to 0.5 μm.
Le métal dopant peut être choisi parmi des éléments de transition offrant un rayon ionique supérieur à celui du vanadium tels que par exemple Νb ou Ta ou une contribution électronique comme par exemple Mo ou W, W et Mo étant préférés.The doping metal can be chosen from transition elements offering an ionic radius greater than that of vanadium such as for example Νb or Ta or an electronic contribution such as for example Mo or W, W and Mo being preferred.
Dans un aspect préféré, les microparticules selon l'invention sont constituées de dioxyde de vanadium dopé de formule Nι_x Wx O2 dans laquelle x est compris entre 0 et 0,02. Les microparticules de dioxyde de vanadium selon l'invention peuvent notamment être utilisées dans le secteur technique des compositions de revêtement destinées à être déposées essentiellement en couches minces sous forme de film ou feuil, telles que des peintures, des vernis et tout type de revêtement que l'on peut déposer en couches successives. Le but de l'invention est donc notamment d'utiliser les microparticules de dioxyde de vanadium décrites ci-dessus pour réaliser un matériau "intelligent" qui diminue automatiquement la transmission du rayonnement solaire dans le domaine des rayons infra-rouges, lorsque le matériau atteint un niveau de température donné. Il est ainsi possible de bénéficier de l'énergie des infra-rouges en-dessous de la température fixée et d'éliminer échauffement excessif au-dessus de cette température.In a preferred aspect, the microparticles according to the invention consist of doped vanadium dioxide of formula Nι_ x W x O2 in which x is between 0 and 0.02. The vanadium dioxide microparticles according to the invention can in particular be used in the technical sector of coating compositions intended to be deposited essentially in thin layers in the form of film or film, such as paints, varnishes and any type of coating that one can deposit in successive layers. The object of the invention is therefore in particular to use the microparticles of vanadium dioxide described above to produce an "intelligent" material which automatically reduces the transmission of solar radiation in the field of infrared rays, when the material reaches a given temperature level. It is thus possible to benefit from the energy of the infrared below the set temperature and to eliminate excessive heating above this temperature.
Une des applications principales des microparticules de dioxyde de vanadium selon l'invention est leur utilisation dans des revêtements destinés à être apposés sur des façades de bâtiments exposées aux intempéries. Les revêtements de couleur foncée exposés aux rayonnements du soleil s'échauffent beaucoup plus que ceux de couleur claire. Ils subissent donc des cycles dilatation-retrait de très forte amplitude qui entraînent une dégradation prématurée du feuil de revêtement. Il n'est ainsi pas possible à ce jour de garantir une peinture foncée dont la luminance lumineuse est inférieure à 35 . Ce phénomène peut être limité par l'adjonction d'un pigment de dioxyde de vanadium à la peinture dont la température de transition fixée soit de l'ordre de 25*C par exemple.One of the main applications of the vanadium dioxide microparticles according to the invention is their use in coatings intended to be affixed to the facades of buildings exposed to the weather. Dark-colored coatings exposed to the sun's rays heat up much more than light-colored coatings. They therefore undergo very high amplitude expansion-shrinkage cycles which cause premature degradation of the coating film. To date, it is therefore not possible to guarantee a dark paint whose luminance is less than 35. This can be limited by adding a vanadium dioxide pigment in the paint which the transition temperature is set in the range of 25 ° C for example.
Une autre application est celle de la protection de surfaces transparentes ou translucides qui doivent laisser passer le rayonnement visible, telles que dans des serres, des vérandas, des vitrages d'habitation, mais dont on veut pouvoir maîtriser la température intérieure ; une telle utilisation peut être également envisagée dans le cadre de vitrages et de la carosserie de voitures ou de tout véhicule de transport. En été, en réduisant l'entrée d'énergie solaire incidente dans les bâtiments, le revêtement permet de diminuer les besoins en climatisation et, d'autre part, en hiver, le revêtement limite la dissipation de chaleur vers l'extérieur. Ainsi le revêtement permet avantageusement une économie d'énergie.Another application is that of protecting transparent or translucent surfaces which must allow visible radiation to pass through, such as in greenhouses, verandas, residential glazing, but for which the interior temperature is to be controlled; such use can also be envisaged in the context of glazing and the bodywork of cars or any transport vehicle. In summer, by reducing the entry of incident solar energy into buildings, the coating reduces the need for air conditioning and, on the other hand, in winter, the coating limits heat dissipation to the outside. Thus the coating advantageously allows energy savings.
En effet, l'un des objectifs de la présente invention est de pouvoir maîtriser le transfert et l'absorption d'énergie calorifique à la surface d'une paroi, sans nécessiter de transformer ou de traiter d'une manière spécifique le matériau de celle-ci, mais en déposant suivant tout procédé connu un revêtement, tel que cela se pratique avec des peintures, ledit revêtement suivant l'invention pouvant être lui-même une telle peinture, ce qui permet une mise en oeuvre et une fabrication économiques.Indeed, one of the objectives of the present invention is to be able to control the transfer and absorption of heat energy on the surface of a wall, without the need to transform or treat in a specific way the material of that - Here, but by depositing according to any known process a coating, as is done with paints, said coating according to the invention can itself be such a paint, which allows an implementation and an economical manufacture.
Or, on connaît divers composés moléculaires ou ioniques susceptibles sous l'effet d'une variation de température de changer de propriétés optiques, principalement de couleur, liée à un changement de structure électronique : de tels composés sont dits thermochromes. Par extension, on appelle également thermochrome un composé qui présente la propriété d'absorber ou et réfléchir différemment suivant la température certains types de rayonnements du fait d'un changement de structure électronique. Il a été ainsi étudié depuis quelques années le dioxyde de vanadium qui présente une transition structurale à une température T{ = 341* Kelvin ou 68* C : au-dessous de Tt, la structure cristalline est monoclinique, alors qu'au-dessus de Tt, la structure est de type rutile. Cette transition est associée à un changement brutal des propriétés électroniques : le composé passe ainsi de l'état isolant lorsque la température est inférieure à T à l'état métallique lorsque la température est supérieure à Tt ; au niveau optique, ce changement se traduit par de profondes modifications des propriétés d'absorption et de réflectance dans l'infra-rouge proche et lointain.However, various molecular or ionic compounds are known which, under the effect of a temperature variation, can change optical properties, mainly color, linked to a change in electronic structure: such compounds are said to be thermochromic. By extension, thermochromium is also called a compound which has the property of absorbing and and reflecting differently depending on the temperature certain types of radiation due to a change in electronic structure. Vanadium dioxide has thus been studied for a few years, which has a structural transition at a temperature T {= 341 * Kelvin or 68 * C: below T t , the crystal structure is monoclinic, while above from T t , the structure is of rutile type. This transition is associated with a sudden change in electronic properties: the compound thus passes from the insulating state when the temperature is lower than T to the metallic state when the temperature is higher than T t ; optically, this This change results in profound changes in the absorption and reflectance properties in the near and far infrared.
Dans la suite de la description, l'appellation "dioxyde de vanadium", comprendra le dioxyde de vanadium couramment dénommé VO2 ou V2O4. Diverses études ont été récemment réalisées sur ce composé telles que celles que l'on peut relever dans les publications S.M. Babulanam, Mat. Opt. Sol. Iight Tcchn. 692 (1986) 8 et J.C. Nalmalette, Sol. Energy Mater 33 (1994) 135. Des études ont été ainsi menées sur des couches minces de dioxyde de vanadium déposé sur divers substrats : elles ont notamment révélé l'intérêt pratique de la mise au point d'un matériau transparent à la lumière mais ne laissant passer la partie infra-rouge du spectre solaire qu'à basse température. De fait, le dioxyde de vanadium semble actuellement le seul composé pour lequel la transition se situe dans un domaine de température et de longueurs d'ondes propre à la régulation thermique de l'habitat. De plus, ce composé présente l'avantage supplémentaire de pouvoir subir des substitutions chimiques par des atomes appropriés tels que définis plus loin et permettant un déplacement de la température T{ veτscs bass-6--5 températures.In the following description, the term "vanadium dioxide" will include vanadium dioxide commonly known as VO2 or V2O4. Various studies have recently been carried out on this compound such as those which can be noted in the publications SM Babulanam, Mat. Opt. Ground. Iight Tcchn. 692 (1986) 8 and JC Nalmalette, Sol. Energy Mater 33 (1994) 135. Studies have thus been carried out on thin layers of vanadium dioxide deposited on various substrates: they have in particular revealed the practical interest of the development of a material transparent to light but do not letting the infrared part of the solar spectrum pass only at low temperature. In fact, vanadium dioxide currently seems to be the only compound for which the transition is in a temperature and wavelength range specific to the thermal regulation of the habitat. In addition, this compound has the additional advantage of being able to undergo chemical substitutions by suitable atoms as defined below and allowing a displacement of the temperature T { veτscs bass- 6 - 5 temperatures.
Ainsi, de nombreux essais et recherches ont été développés pour réaliser des couches minces de dioxyde de vanadium déposées sur des substrats, en vue notamment de l'étude de transmittance optique dans le visible et le proche infra¬ rouge ; pour cela diverses techniques de dépôt ont été envisagées, telles que la pulvérisation cathodique sous vide, l'évaporation sous faisceau, les dépôts chimiques en phase vapeur et le procédé "sol-gel". Selon le procédé "sol-gel", le dioxyde de vanadium est préparé à partir de vanadium tétravalent par dissolution dans un solvant, hydrolyse et condensation pour former progressivement un sol, puis, par évaporation du solvant, formation d'un gel qui est ensuite soumis à un traitement thermique pour donner du NO2 , sous atmosphère finement contrôlée. II est possible de former directement un film de NO2 sur un substrat, en trempant un substrat approprié dans le sol. Le gel se forme ainsi directement sur le substrat. Un tel procédé par mouillage ou "dip— coating" est décrit notamment dans le brevet US 4 957725. Il est cependant difficile de contrôler la qualité du film final déposé, de placer la pièce complète ou même sa surface à haute température d'une façon uniforme et de contrôler les interactions entre le support et le gel ainsi déposé, etc.. Ainsi, d'une part, de telles méthodes qui ne s'appliquent pas aux matériaux déjà constitués ne permettent pas vraiment une application sur de très grandes surfaces comme l'on peut le faire avec une composition de revêtement de surface telle qu'une peinture et, d'autre part, les résultats obtenus ne sont pas répétitifs ni fiables. De plus, c'est un procédé très coûteux lorsqu'il s'agit de grandes surfaces.Thus, numerous tests and research have been developed to produce thin layers of vanadium dioxide deposited on substrates, with a view in particular to the study of optical transmittance in the visible and near infrared; for this, various deposition techniques have been envisaged, such as sputtering under vacuum, evaporation under beam, chemical vapor deposition and the "sol-gel" process. According to the "sol-gel" process, the vanadium dioxide is prepared from tetravalent vanadium by dissolution in a solvent, hydrolysis and condensation to gradually form a sol, then, by evaporation of the solvent, formation of a gel which is then subjected to a heat treatment to give NO2, under a finely controlled atmosphere. It is possible to form a NO2 film directly on a substrate, by dipping an appropriate substrate in the soil. The gel thus forms directly on the substrate. Such a process by wetting or "dip coating" is described in particular in US Pat. No. 4,957,725. It is however difficult to control the quality of the final film deposited, to place the complete part or even its surface at high temperature in a uniform manner and to control the interactions between the support and the gel thus deposited, etc. Thus, d On the one hand, such methods which do not apply to already made materials do not really allow application on very large surfaces as can be done with a surface coating composition such as a paint and, d On the other hand, the results obtained are not repetitive or reliable. In addition, it is a very expensive process when it comes to large areas.
Il existe également des procédés par voie sèche, très longs (de l'ordre de quinze jours) et donc très coûteux, qui ne permettent d'obtenir que des molécules- grains de l'ordre de 30 microns et plus, ce qui n'est pas compatible avec une incorporation à une peinture sans en modifier la couleur, ne permet pas un mélange homogène et n'apporte pas la propriété de transition optique.There are also dry processes, very long (of the order of fifteen days) and therefore very expensive, which only allow to obtain grain molecules of the order of 30 microns and more, which does not is not compatible with incorporation into a paint without modifying the color, does not allow a homogeneous mixing and does not provide the property of optical transition.
Le problème posé est donc de pouvoir obtenir une poudre de faible granulométrie comportant essentiellement du dioxyde de vanadium non dopé ou dopé, notamment avec du tungstène, pouvant notamment être incorporée à un support liquide ou visqueux en vue de l'obtention d'un revêtement de surface.The problem is therefore to be able to obtain a powder of small particle size comprising essentially vanadium dioxide undoped or doped, in particular with tungsten, which can in particular be incorporated into a liquid or viscous support with a view to obtaining a coating of area.
Dans un second aspect, l'invention concerne donc un procédé d'obtention de microparticules de dioxyde de vanadium de formule V}_x Mx O2 dans laquelle M est un métal dopant et 0 ≤ x ≤ 0,02, par pyrolyse d'hexavanadate d'ammonium dopé ou non dopé, caractérisé en ce que ladite pyrolyse est mise en oeuvre à une température comprise entre environ 400*C et environ 650*C, avec une vitesse de montée en température d'au moins 100'C/min, et en ce que les gaz issus de ladite pyrolyse sont gardés en confinement et en communication directe avec le milieu réactionnel pendant une durée d'au moins 1/2 h, de préférence 1 h.In a second aspect, the invention therefore relates to a process for obtaining vanadium dioxide microparticles of formula V} _ x M x O2 in which M is a doping metal and 0 ≤ x ≤ 0.02, by pyrolysis of doped or undoped ammonium hexavanadate, characterized in that said pyrolysis is carried out at a temperature between approximately 400 * C and approximately 650 * C, with a rate of temperature rise of at least 100'C / min , and in that the gases from said pyrolysis are kept in confinement and in direct communication with the reaction medium for a period of at least 1/2 h, preferably 1 h.
L'utilisation de l'hexavanadate d'ammonium (NH^ N6 χ6 est connue dans l'industrie pour la fabrication du N2O5 couramment utilisé en tant que catalyseur, mais dans lequel le vanadium tétravalent est considéré comme une impureté non catalytique dont on recherche l'élimination. Les essais qui ont pu être réalisés avec ce précurseur pour obtenir également du dioxyde de vanadium seul n'ont pas abouti car on obtenait alors du V2O3 et toutes les publications connues à ce jour affirment qu'on ne pouvait pas arriver à obtenir du dioxyde de vanadium pur. La mise en oeuvre des conditions caractéristiques du procédé de pyrolyse selon l'invention, à savoir :The use of ammonium hexavanadate (NH ^ N6 χ6 is known in the industry for the manufacture of N2O5 commonly used as a catalyst, but in which tetravalent vanadium is considered as a non-catalytic impurity which is sought l The trials which could have been carried out with this precursor to also obtain vanadium dioxide alone were unsuccessful since V2O3 was then obtained and all the publications known to date affirm that it was not possible to obtain pure vanadium dioxide. The implementation of the conditions characteristic of the pyrolysis process according to the invention, namely:
- une vitesse de montée en température d'au moins 100*C min, de préférence 200*C min ou 300*C/min, et - la non-évacuation des gaz issus de la décomposition thermique de l'hexavanadate d'ammonium, notamment le NH3, gardés en confinement et en communication avec le milieu réactionnel au moins 5 minutes, de préférence entre 1 2 h et 2 h, et au maximum pendant toute la durée de la synthèse, permet d'obtenir une réaction complète sans formation de N2 5 résiduel selon le schéma réactionnel suivant :- a temperature rise rate of at least 100 * C min, preferably 200 * C min or 300 * C / min, and - the non-evacuation of the gases resulting from the thermal decomposition of ammonium hexavanadate, in particular NH3, kept in confinement and in communication with the reaction medium for at least 5 minutes, preferably between 1 2 h and 2 h, and at most during the entire duration of the synthesis, makes it possible to obtain a complete reaction without formation of Residual N2 5 according to the following reaction scheme:
(ΝH4)2 6 016 → NH3 + V205 - NO2 + H2O + Ν2. On a pu en effet remarquer qu'à vitesse rapide de pyrolyse on crée une réaction "flash" produisant du N2O qui se décompose lentement en réagissant sur le NH3 excédentaire pour former H2O et N2- Par ailleurs, à ce jour, dans la plupart des fours existants, soit on balaie l'enceinte de réaction, ce qui emporte le gaz NH3 dégagé et arrête alors la réduction qui produit seulement VgOij et ne permet pas d'aller jusqu'à l'oxyde de vanadium VO2, N2O4 > soit au contraire d'autres procédés rajoutent du ΝH3 par circulation, ce qui crée une réduction trop importante et amène la réaction jusqu'à obtenir du N2O3 et un mélange de plusieurs oxydes de vanadium.(ΝH4) 2 6 0 16 → NH3 + V 2 0 5 - NO2 + H 2 O + Ν 2 . It has indeed been observed that at a rapid pyrolysis rate, a "flash" reaction is produced, producing N2O which decomposes slowly by reacting on the excess NH3 to form H2O and N2- Furthermore, to date, in most existing ovens, either sweep the reaction chamber, which takes the NH3 gas released and then stops the reduction which produces only VgOi j and does not allow to go to the vanadium oxide VO2, N2O4 > or on the contrary, other processes add ΝH3 by circulation, which creates an excessive reduction and brings about the reaction until N2O3 and a mixture of several vanadium oxides are obtained.
Avantageusement, les gaz issus de la décomposition thermique de l'hexavanadate d'ammonium sont collectés dans un sac à gaz en légère surpression, par exemple d'environ 0,5 bar, placé de préférence à une hauteur inférieure à celle du réacteur. La température de pyrolyse doit être comprise entre environ 400*C et environ 650*C, de préférence 635*C. Si la température est supérieure à environ 650*C, le V2O5 présent dans le milieu réactionnel risque de fondre avant de réagir. D'autre part, une température de réaction inférieure à environ 400*C conduit au VO2 (B) non thermochrome. Dans le cas de la préparation de microparticules de dioxyde de vanadium dopé, cette durée doit également être fixée de manière à obtenir une homogénéité de dopage tout en évitant la croissance des grains par optimisation du compromis température-temps. Par exemple pour un taux de dopage de 5 % de W: température 600*C 650*C 700*C temps minimum 6 h 3 h 1 h temps maximum 60 h 12h 6 h Si l'on veut préparer des microparticules de dioxyde de vanadium ayant une température de transition structurale différente de 68* C (correspondant à l'oxyde de vanadium pur), il est nécessaire de doper celui-ci avec un produit de substitution dont la valence stable doit être supérieure à 4.Advantageously, the gases resulting from the thermal decomposition of ammonium hexavanadate are collected in a gas bag under slight overpressure, for example of about 0.5 bar, preferably placed at a height lower than that of the reactor. The pyrolysis temperature must be between approximately 400 ° C. and approximately 650 ° C., preferably 635 ° C. If the temperature is greater than about 650 * C, the V2O5 present in the reaction medium may melt before reacting. On the other hand, a reaction temperature below about 400 ° C leads to non-thermochromic VO2 (B). In the case of the preparation of doped vanadium dioxide microparticles, this duration must also be fixed so as to obtain doping homogeneity while preventing grain growth by optimizing the temperature-time compromise. For example, for a doping rate of 5% of W: temperature 600 * C 650 * C 700 * C minimum time 6 h 3 h 1 h maximum time 60 h 12 h 6 h If you want to prepare microparticles of vanadium dioxide having a different structural transition temperature of 68 ° C (corresponding to pure vanadium oxide), it is necessary to dope it with a substitute product for which stable valency must be greater than 4.
Dans un aspect préféré, on utilisera comme produit de substitution un métal choisi parmi Nb, Ta, Mo et W, W et Mo étant préférés.In a preferred aspect, a metal chosen from Nb, Ta, Mo and W will be used as substitution product, W and Mo being preferred.
La substitution par le tungstène (W) permet d'obtenir un produit final ayant une pente de variation de température importante en fonction du pourcentage de substitution : une pente importante permet en effet de couvrir une gamme de températures assez large. Ainsi, pour des exemples de valeur de x ci-dessous, on obtient une température de transition de : x = 0 % 1 % 2 % 3 %Substitution with tungsten (W) makes it possible to obtain a final product having a significant temperature variation slope as a function of the percentage of substitution: a significant slope in fact makes it possible to cover a fairly wide range of temperatures. Thus, for examples of the value of x below, we obtain a transition temperature of: x = 0% 1% 2% 3%
Tt = 68*C 40*C 12*C - 16*CTt = 68 * C 40 * C 12 * C - 16 * C
Dans un aspect préféré du procédé on met donc en oeuvre de l'hexavanadate d'ammonium dopé avec un métal choisi parmi Nb, Ta, Mo et W, W et Mo étant préférés.In a preferred aspect of the process, ammonium hexavanadate is therefore used, doped with a metal chosen from Nb, Ta, Mo and W, W and Mo being preferred.
Dans la suite de la description, on entend par "dopage par un métal", ledit métal étant tel que défini ci-dessus, le dopage réalisé en utilisant le métal sous forme pure ou sous forme d'un composé le contenant, tel que notamment un tungstate ou un molybdate. L'hexavanadate d'ammonium utilisé dans le procédé selon l'invention est disponible commercialement. On peut également le préparer de manière connue à partir de métavanadate d'ammonium.In the following description, the term "doping with a metal" means said metal being as defined above, the doping carried out using the metal in pure form or in the form of a compound containing it, such as in particular a tungstate or a molybdate. The ammonium hexavanadate used in the process according to the invention is commercially available. It can also be prepared in a known manner from ammonium metavanadate.
Lorsque l'on veut préparer des microparticules de dioxyde de vanadium dopé, on peut donc soit doper l'hexavanadate d'ammonium, soit incorporer le métal dopant au cours de la synthèse de l'hexavanadate à partir de métavanadate d'ammonium.When it is desired to prepare microparticles of doped vanadium dioxide, it is therefore possible either to dop ammonium hexavanadate, or to incorporate the doping metal during the synthesis of hexavanadate from ammonium metavanadate.
L'utilisation du tungstène comme produit de substitution est également avantageuse dans la mesure où le tungstate d'ammonium est très soluble dans l'eau. Notamment, lorsque l'on souhaite incorporer le tungstène à de l'hexavanadate d'ammonium déjà synthétisé, le tungstate d'ammonium peut être facilement mis en solution dans l'eau avec l'hexavanadate d'ammonium, avec un minimum d'humidification de 20 % en masse pour obtenir une pâte broyée homogène.The use of tungsten as a substitute is also advantageous insofar as the ammonium tungstate is very soluble in water. In particular, when it is desired to incorporate the tungsten into ammonium hexavanadate already synthesized, the ammonium tungstate can be easily dissolved in water with the ammonium hexavanadate, with a minimum of humidification 20% by mass to obtain a homogeneous ground paste.
La substitution chimique ou dopage est ainsi réalisée par pyrolyse du mélange des précurseurs hcxavanadate et tungstate d'ammonium suivant la réaction de réduction et de substitution suivante :Chemical substitution or doping is thus carried out by pyrolysis of the mixture of hcxavanadate and ammonium tungstate precursors according to the following reduction and substitution reaction:
(1 - x) (NH4)2 V60i6 + */2 (NH^ H2 W12 O40, y H2O → 6 (Vχ_x W,-) O2 + n N2 + m H20.(1 - x) (NH4) 2 V 6 0i6 + * / 2 (NH ^ H 2 W 12 O 40 , y H 2 O → 6 (Vχ_ x W, -) O2 + n N2 + m H 2 0.
Le choix de x pour un résultat homogène est un calcul exact stoechiométrique qui permet d'obtenir la variation de température que l'on souhaite par rapport à la température de transition de 68*C du dioxyde de vanadium : on peut remarquer pour celui-ci que la pente δ-j / dx = - 28 en 102 K/mole , soit en fait pour x = 0,01 ou 1 %, δj = -28*C.The choice of x for a homogeneous result is an exact stoichiometric calculation which makes it possible to obtain the temperature variation which one wishes compared to the transition temperature of 68 * C of vanadium dioxide: one can notice for this one that the slope δ-j / dx = - 28 in 10 2 K / mole, either in fact for x = 0.01 or 1%, δ j = -28 * C.
Selon un aspect avantageux du procédé selon i'invention, on soumet l'hexavanadate d'ammonium avant pyrolyse à un dégazage à une température inférieure à la température de décomposition de l'hexavanadate d'ammonium, notamment inférieure à environ 230*C et, de préférence de l'ordre de 200*C, et en effectuant un pompage sous vide primaire pendant au moins 1 min, par exemple 15 min.According to an advantageous aspect of the process according to the invention, the ammonium hexavanadate is subjected before degassing to degassing at a temperature below the decomposition temperature of the ammonium hexavanadate, in particular below about 230 ° C. and, preferably of the order of 200 ° C., and by pumping under primary vacuum for at least 1 min, for example 15 min.
A l'issue de la pyrolyse, on peut avantageusement soumettre le dioxyde de vanadium obtenu à une étape de recuit sous gaz inerte, à une température d'au moins 600*C, pendant une durée d'au moins 1 h, par exemple 5 h. Par exemple, cette étape de recuit pourra être effectuée à 600*C pendantAt the end of the pyrolysis, the vanadium dioxide obtained can advantageously be subjected to an annealing step under inert gas, at a temperature of at least 600 ° C., for a period of at least 1 h, for example 5 h. For example, this annealing step could be carried out at 600 ° C. for
14 h. A 800*C pendant 5 h la croissance des grains est supérieure à 5 μ .2 p.m. At 800 ° C. for 5 h the grain growth is greater than 5 μ.
Dans un aspect préféré du procédé selon l'invention, et éventuellement après l'étape de recuit mentionnée ci-dessus, le dioxyde de vanadium sera refroidi sous gaz inerte jusqu'à une température d'environ 120*C. La vitesse de refroidissement peut être par exemple d'environ 150*C min à 250'C/min.In a preferred aspect of the process according to the invention, and optionally after the annealing step mentioned above, the vanadium dioxide will be cooled under inert gas to a temperature of about 120 ° C. The cooling rate can be, for example, around 150 ° C. min at 250 ° C./min.
En tant que gaz inerte, on utilisera par exemple de l'azote ou l'argon. Lors de la sortie à l'air libre du dioxyde de vanadium, la température devra être au maximum d'environ 100*C afin d'éviter une prise d'eau et donc un risque de réoxydation de surface. Un exemple de four permettant de réaliser le procédé selon l'invention est représenté sur la figure 1 sur laquelle, outre le montage d'un four tubulaire mobile (2) sur un rail (3) par rapport à la chambre de traitement (1) constituée d'un tube de quartz, ce qui permet d'obtenir la vitesse de mise en température rapide voulue, est représenté un sac à gaz (4) qui permet de conserver en confinement les gaz issus de la décomposition thermique de l'hexavanadate d'ammonium, notamment NH3, au-dessus des grains à traiter dans la chambre (1). Cela permet de maintenir une pression partielle d'ammoniac suffisante pour que la réaction de réduction en VO2 soit totale. Le gaz N2O plus lourd est entraîné vers le bas dans ledit sac à gaz (4), ce qui permet d'augmenter et d'optimiser la pureté des composés obtenus.As the inert gas, nitrogen or argon will be used, for example. When leaving vanadium dioxide in the open air, the temperature should be at most around 100 ° C in order to avoid water uptake and therefore a risk of surface reoxidation. An example of an oven for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. 1 in which, in addition to mounting a mobile tubular oven (2) on a rail (3) relative to the treatment chamber (1) consisting of a quartz tube, which makes it possible to obtain the desired rapid temperature setting, a gas bag (4) is shown which allows the gases resulting from the thermal decomposition of hexavanadate d to be kept in confinement ammonium, in particular NH3, above the grains to be treated in the chamber (1). This maintains a partial ammonia pressure sufficient for the reduction reaction to VO2 to be complete. The heavier N2O gas is drawn downwards into said gas bag (4), which makes it possible to increase and optimize the purity of the compounds obtained.
Sur la figure 1, sont également représentés en (5) la vanne permettant la sortie éventuelle des gaz, en (6) et (7) les bonbonnes d'alimentation en argon et en azote, en (8) une pompe à vide et en (9) le cadran indicateur de pression. Ainsi, selon le procédé de l'invention, on peut obtenir des microparticules de dioxyde de vanadium ayant une granulométrie inférieure à 10 μm, notamment inférieure à 5 μm, de préférence de l'ordre de 0,1 à 0-5 μ .In FIG. 1 are also represented in (5) the valve allowing the possible exit of the gases, in (6) and (7) the carboys supplying argon and nitrogen, in (8) a vacuum pump and in (9) the pressure indicator dial. Thus, according to the method of the invention, it is possible to obtain microparticles of vanadium dioxide having a particle size less than 10 μm, in particular less than 5 μm, preferably of the order of 0.1 to 0-5 μ.
Certains grains peuvent être de 2 à 10 μ après réaction mais peuvent être facilement cassés par broyage ; ils se présentent tous en effet avantageusement sous forme de plaquettes "pré-découpées" lorsqu'ils sont préparés par le procédé de la présente invention, comme montré sur la photographie mar microscopie électronique à balayage (MEB) représentée sur la figure 2, alors que dans les procédés de l'art antérieur, tels que rappelés précédemment, même quand on obtient de l'oxyde de vanadium pur, il s'agit essentiellement de monocristaux massifs de l'ordre de 30 μm et qui sont donc très difficiles à casser.Some grains can be 2 to 10 μ after reaction but can be easily broken by grinding; in fact, they are all advantageously in the form of "pre-cut" plates when they are prepared by the method of the present invention, as shown in the scanning electron microscopy (SEM) photography shown in FIG. 2, while in the processes of the prior art, as mentioned above, even when pure vanadium oxide is obtained, these are essentially solid single crystals of the order of 30 μm and which are therefore very difficult to break.
Ainsi, dans un aspect préféré du procédé, le dioxyde de vanadium obtenu à l'issue de la pyrolyse, ladite pyrolyse étant éventuellement suivie d'une étape de recuit et/ou de refroidissement telles que mentionnées plus haut, est soumis à un broyage humide. Ledit broyage peut être effectué par exemple dans un broyeur à billes de zircone tournant à plus de 3000 tours/min pendant une durée inférieure ou égale à 2 h.Thus, in a preferred aspect of the process, the vanadium dioxide obtained at the end of the pyrolysis, said pyrolysis possibly being followed by an annealing and / or cooling step as mentioned above, is subjected to wet grinding. . Said grinding can be carried out for example in a zirconia ball mill rotating at more than 3000 revolutions / min for a duration less than or equal to 2 h.
Ainsi, après traitement par broyage, immédiatement ou ultérieurement dans le cadre de son incorporation dans une composition de revêtement de surface du dioxyde de vanadium obtenu suivant l'invention, on peut ramener la totalité de celui-ci dans une fourchette de granulométrie de 0,1 à 0,5 μm : de telles particules de base permettent d'obtenir ensuite un film transparent qui répond aux objectifs recherchés et satisfait aux applications de l'invention, soit par mélange avec une peinture colorée par tout pigment, sans en changer la couleur de façon significative, soit par incorporation dans un vernis en conservant la transparence de celui-ci.Thus, after treatment by grinding, immediately or subsequently in the context of its incorporation into a surface coating composition of the vanadium dioxide obtained according to the invention, it is possible to bring all of the the latter in a particle size range of 0.1 to 0.5 μm: such base particles then make it possible to obtain a transparent film which meets the desired objectives and satisfies the applications of the invention, either by mixing with a paint colored by any pigment, without significantly changing the color, either by incorporation into a varnish while retaining its transparency.
Dans un aspect ultérieur, l'invention concerne donc l'utilisation des microparticules de dioxyde de vanadium selon l'invention pour la préparation de compositions de revêtement de surfaces. L'incorporation du dioxyde de vanadium dans la composition de revêtement de surface, notamment une peinture ou un vernis, peut se faire par tout procédé connu tel que l'empâtage, par introduction sous agitation, du dioxyde de vanadium dopé ou non et d'un agent dispersant pour aider sa dispersion et le stabiliser sous cette forme. Un broyage est éventuellement effectué pour réduire la taille des particules, tel que par exemple dans un broyeur à billes de zircone tournant à plus de 3000 tours par minute pendant 2 heures, ce qui permet de casser les microparticules de dioxyde de vanadium qui seraient éventuellement supérieures à 0,1 - 0,5 μm, ledit broyage peut également être effectué, comme mentionné plus haut, sur le dioxyde de vanadium avant incorporation dans la composition de revêtement de surface.In a further aspect, the invention therefore relates to the use of the vanadium dioxide microparticles according to the invention for the preparation of surface coating compositions. The incorporation of vanadium dioxide into the surface coating composition, in particular a paint or a varnish, can be carried out by any known process such as the pasting, by stirring introduction, of doped or undoped vanadium dioxide and of a dispersing agent to aid its dispersion and stabilize it in this form. A grinding is optionally carried out to reduce the particle size, such as for example in a zirconia ball mill rotating at more than 3000 revolutions per minute for 2 hours, which makes it possible to break down the vanadium dioxide microparticles which would possibly be greater at 0.1 - 0.5 μm, said grinding can also be carried out, as mentioned above, on vanadium dioxide before incorporation into the surface coating composition.
Dans un aspect ultérieur, l'invention concerne également des compositions de revêtement de surfaces contenant les microparticules de dioxyde de vanadium décrites dans la présente demande.In a further aspect, the invention also relates to surface coating compositions containing the vanadium dioxide microparticles described in the present application.
L'invention est illustrée par les exemples ci-après qui ne présentent aucun caractère limitatif.The invention is illustrated by the examples below which are in no way limiting.
EXEMPLE 1 : Synthèse de dioxyde de vanadium non dopé. I. Fabrication du précui-seur hexavanadate d'ammonium (HVA. :EXAMPLE 1 Synthesis of undoped vanadium dioxide. I. Manufacture of the ammonium hexavanadate precursor (HVA.:
20 g de métavanadate d'ammonium (MVA) (ALDRICH réf. 20,555 9 ; pureté : 99 % ; M : 116,78) sont introduits dans un bêcher de 250 ml . Le bêcher est placé sur une plaque chauffante. On ajoute quelques gouttes d'eau sous agitation de façon à former une pâte fluide afin d'amorcer la dissolution du MVA. On chauffe le bêcher à 55* C ± 5* C en maintenant l'agitation . On verse ensuite goutte à goutte (au début) une solution d'acide chlorhydriquc IN tout en agitant et en maintenant la température constante. Le pH est contrôlé de façon à réguler la vitesse d'ajout de l'acide et éviter les chutes brutales de pH. La durée totale de cette étape est supérieure à une demi- heure.20 g of ammonium metavanadate (MVA) (ALDRICH ref. 20,555 9; purity: 99%; M: 116.78) are introduced into a 250 ml beaker. The beaker is placed on a hot plate. A few drops of water are added with stirring so as to form a fluid paste in order to initiate the dissolution of the MVA. The beaker is heated to 55 ° C. ± 5 ° C. while maintaining agitation. A solution of IN hydrochloric acid is then added dropwise (at the start) while stirring and keeping the temperature constant. The pH is controlled so as to regulate the rate of addition of the acid and prevent sudden drops in pH. The total duration of this stage is more than half an hour.
Pour un volume d'acide versé d'environ 110 cm3 (environ 2 moles d'acide pour 3 moles de HNA), le pH chute brutalement sans remonter. Au-delà, le pH atteint une valeur limite, le produit obtenu est une pâte jaune orangée, l'ajout d'acide chlorhydriquc 1Ν peut cesser à partir de 120 cm--'.For a volume of acid poured of approximately 110 cm 3 (approximately 2 moles of acid for 3 moles of HNA), the pH drops abruptly without rising. Beyond this, the pH reaches a limit value, the product obtained is an orange-yellow paste, the addition of 1Ν hydrochloric acid can cease from 120 cm-- '.
Le précipité jaune orangé obtenu est ensuite rincé à l'eau (légèrement acide pour éviter la re-dissolution) dans un creuset filtrant de porosité n* 5 en tirant sous vide, puis séché à l'air à 200* C dans une étuve durant 24 heures. On obtient 17 g d'HNA. rendement massique (exprimé par rapport à la masse initiale de MVA) = rendement molaire (exprimé en mole de vanadium ) : supérieur à 99 % l. Pvrolvse du précurseur a. Dégazage préalable du HNA :The orange-yellow precipitate obtained is then rinsed with water (slightly acidic to avoid re-dissolution) in a filter crucible of porosity n * 5 by drawing under vacuum, then air-dried at 200 ° C in an oven for 24 hours. 17 g of HNA are obtained. mass yield (expressed relative to the initial mass of MVA) = molar yield (expressed in moles of vanadium): greater than 99% l. Pvrolvse of the precursor a. Prior degassing of HNA:
2 g d'HNA sont déposés dans une nacelle d'alumine dans la zone A (T = 200* du four. Un pompage sous vide primaire est réalisé durant 15 min. b. Décomposition thermique du HNA et formation de NO2-2 g of HNA are deposited in an alumina nacelle in zone A (T = 200 * from the oven. A pumping under primary vacuum is carried out for 15 min. B. Thermal decomposition of the HNA and formation of NO2-
La nacelle est ensuite placée directement dans la deuxième zone (B) du four où la température est de 600 ± 5* C (vitesse de montée en température d'environ 250* C/min.).The basket is then placed directly in the second zone (B) of the oven where the temperature is 600 ± 5 * C (temperature rise rate of approximately 250 * C / min.).
L'ensemble des gaz émis est récupéré dans un sac à gaz en légère surpression d'environ 0,5 bar en communication directe avec le réacteur et placé à une hauteur inférieure à celle du réacteur pendant 1 h. c Refroidissement et sortie du four :All of the gases emitted are recovered in a gas bag at slight overpressure of about 0.5 bar in direct communication with the reactor and placed at a height below that of the reactor for 1 h. c Cooling and removal from the oven:
Le refroidissement dans la zone C du four est effectué dans l'atmosphère issue de la décomposition jusqu'à une température de 120* C à une vitesse de 200* C/min. environ.The cooling in zone C of the furnace is carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 * C at a speed of 200 * C / min. about.
Masse de poudre noir-bleutée ( θ_ formée : 1,6680 ± 0,0005 g. Le spectre aux rayons X, le spectre IR et la photographie par microscopie électronique à balayage (MEB) du produit de l'exemple 1 sont respectivement représentés sur les figures 3, 4 et 5. Sur la figure 4a, le spectre IR est mesuré à une température supérieure à 68*C et sur la figure 4b le spectre IR est mesuré à une température inférieure à 68*C. EXEMPLE 2 : Synthèse de dioxyde de vanadium non dopé à partir d'un précurseur HNA industriel. a. Dégazage préalable du HNA :Mass of black-blue powder (θ_ formed: 1.6680 ± 0.0005 g. The X-ray spectrum, the IR spectrum and the scanning electron microscopy (SEM) photograph of the product of Example 1 are respectively represented on Figures 3, 4 and 5. In Figure 4a, the IR spectrum is measured at a temperature above 68 * C and in Figure 4b the IR spectrum is measured at a temperature below 68 * C. EXAMPLE 2 Synthesis of undoped vanadium dioxide from an industrial HNA precursor. at. Prior degassing of HNA:
On dispose 2 g d'HVA (TREIBACHER (Autriche), réf. AHV Trocken 99 %) dans une nacelle d'alumine dans la zone A du four (T = 200*Q. Un pompage sous vide primaire est réalisé durant 15 min. b. Décomposition thermique du HNA et formation de VO2 :We have 2 g of HVA (TREIBACHER (Austria), ref. AHV Trocken 99%) in an alumina basket in zone A of the oven (T = 200 * Q. A primary vacuum pumping is carried out for 15 min. b) Thermal decomposition of HNA and formation of VO2:
La nacelle est ensuite placée directement dans la deuxième zone (B) du four où la température est de 600 5* C (vitesse de montée en température d'environ 250* C/min.).The basket is then placed directly in the second zone (B) of the oven where the temperature is 600 ° C. (temperature rise rate of approximately 250 ° C./min.).
L'ensemble des gaz émis est récupéré dans un sac à gaz en légère surpression et en communication directe avec le réacteur et placé à une hauteur inférieure à celle u réacteur pendant 1 h. c Recuit du dioxyde de vanadium : L'échantillon a été laissé durant 14 heures à 600 ± 5* C dans le réacteur en présence des gaz de décomposition. d. Refroidissement et sortie du four :All of the gases emitted are recovered in a gas bag at slight overpressure and in direct communication with the reactor and placed at a height below that of the reactor for 1 h. c Annealing of vanadium dioxide: The sample was left for 14 hours at 600 ± 5 ° C in the reactor in the presence of the decomposition gases. d. Cooling and leaving the oven:
Le refroidissement a été effectué dans l'atmosphère issue de la décomposition jusqu'à une température de 120* C à une vitesse de 200* C/min environ.The cooling was carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 ° C. at a speed of approximately 200 ° C./min.
Masse de poudre noir-bleutée VO_) formée : 1, 6689 ± 0,0005 g. EXEMPLE 3 : Synthèse de dioxyde de vanadium non dopé à partir d'un précurseur HVA industriel. On utilise un précurseur HVA industriel (TREIBACHER (Autriche) réf. AHV Trocken 99 %). a et b. Le dégazage et la décomposition thermique du HVA sont effectués comme indiqué ci-dessus à l'exemple 2. c. Recuit du dioxyde de vanadium :Mass of black-blue powder VO_) formed: 1, 6689 ± 0.0005 g. EXAMPLE 3 Synthesis of undoped vanadium dioxide from an industrial HVA precursor. An industrial HVA precursor is used (TREIBACHER (Austria) ref. AHV Trocken 99%). a and b. The degassing and thermal decomposition of the HVA are carried out as indicated above in Example 2. c. Annealing of vanadium dioxide:
L'échantillon a été sorti puis remis dans le réacteur dans la zone A (T = 200* . L'ensemble a alors été mis sous vide primaire durant 15 minutes. Puis l'échantillon a été déplacé dans la zone B du four à la température de 800*C durant 5 heures. d. Refroidissement et sortie du four :The sample was taken out then put back in the reactor in zone A (T = 200 * . The whole was then put under primary vacuum for 15 minutes. Then the sample was moved in zone B of the furnace to the temperature of 800 * C for 5 hours. d. Cooling and leaving the oven:
Le refroidissement dans la zone C du four a été effectué dans l'atmosphère issue de la décomposition jusqu'à une température de 120* C à une vitesse de 200* C/min. environ. Masse de poudre noir-bleutée (VO2) formée : 1,6682 ± 0,0005 g.The cooling in the zone C of the furnace was carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 * C at a speed of 200 * C / min. about. Mass of black-blue powder (VO2) formed: 1.6682 ± 0.0005 g.
EXEMPLE 4 : Synthèse de dioxyde de vanadium dopé de formule V}_x Mx O2, avec x = 0,01 et M = W. T. Fabrication du précurseur HVA avec dopant :EXAMPLE 4 Synthesis of doped vanadium dioxide of formula V} _ x M x O2, with x = 0.01 and M = WT Manufacture of the precursor HVA with dopant:
Le précurseur HVA est préparé comme indiqué ci-dessus à l'exemple 1, mais en ajoutant 0,459 g de tungstate d'ammonium (ALDRICH réf. 32,238.5 ; pureté : 99 % ; M = 265,88) avant l'addition d'acide chlorhydrique, IN.The HVA precursor is prepared as indicated above in Example 1, but by adding 0.459 g of ammonium tungstate (ALDRICH ref. 32,238.5; purity: 99%; M = 265.88) before the addition of acid hydrochloric acid, IN.
La masse de produit obtenu est de 19,424 g (incluant le chlorure d'ammonium). Le produit est caractérisé par diagramme de diffraction des rayons X et spectre IRTF : de très faibles bandes dû au tungstate s'ajoutent à celle du HVA.The mass of product obtained is 19.424 g (including ammonium chloride). The product is characterized by an X-ray diffraction diagram and an IRTF spectrum: very weak bands due to tungstate are added to that of HVA.
Il.Pyrolvse du précurseur. a. Dégazage préalable du HVA dopé.Il.Pyrolvse of the precursor. at. Prior degassing of doped HVA.
2,000 g d'HVA dopé préparé ci-dessus sont déposés dans une nacelle d'alumine dans la zone A (T = 200* du four. Un pompage sous vide primaire est réalisé durant 15 min. b. Décomposition thermique du HVA dopé et formation de VO2 dopé au tungtène.2,000 g of doped HVA prepared above are deposited in an alumina nacelle in zone A (T = 200 * from the oven. A primary vacuum pumping is carried out for 15 min. B. Thermal decomposition of doped HVA and formation VO2 doped with tungsten.
La nacelle est ensuite placée directement dans la deuxième zone (B) du four où la température est de 600 ± 5* C (vitesse de montée en température d'environ 250* C/min.). L'ensemble des gaz émis est récupéré dans un sac à gaz en légère suφression et en communication directe avec le réacteur et placé à une hauteur inférieure à celle du réacteur. c Recuit du dioxyde de vanadium.The basket is then placed directly in the second zone (B) of the oven where the temperature is 600 ± 5 * C (temperature rise rate of approximately 250 * C / min.). All of the gases emitted are recovered in a gas bag in slight su etression and in direct communication with the reactor and placed at a height lower than that of the reactor. c Annealed vanadium dioxide.
L'échantillon est laissé à 600* C durant 14 heures. d. Refroidissement et sortie du four.The sample is left at 600 ° C for 14 hours. d. Cooling and removal from the oven.
Le refroidissement dans la zone C du four a été effectué dans l'atmosphère issue de la décomposition jusqu'à une température de 120* C à une vitesse de 200* C/min. environ.The cooling in the zone C of the furnace was carried out in the atmosphere resulting from the decomposition to a temperature of 120 * C at a speed of 200 * C / min. about.
Masse de poudre noir-bleutée (VO ) formée : 1,669 ± 0,001 g , Le spectre IR et la photographie MEB du produit de l'exemple 4 sont représentés respectivement sur les figures 6 et 7.Sur la figure 6a , le spectre IR est mesuré à une température supérieure à 68*C et sur la figure 6b le spectre IR est mesuré à une température inférieure à 68*C. EXEMPLE 5 : Synthèse de dioxyde de vanadium dopé de formule Vj_x Mx O2 avec x = 0,01 et M = W, à partir d'un précurseur HVA industriel. T. Incorporation du dopant.Mass of black-blue powder (VO) formed: 1.669 ± 0.001 g, The IR spectrum and the SEM photograph of the product of Example 4 are shown in Figures 6 and 7 respectively. In Figure 6a, the IR spectrum is measured at a temperature above 68 ° C and in Figure 6b the IR spectrum is measured at a temperature below 68 ° C. EXAMPLE 5 Synthesis of doped vanadium dioxide of formula Vj_ x M x O2 with x = 0.01 and M = W, from an industrial HVA precursor. T. Incorporation of the dopant.
20 g de HVA sont introduits dans un broyeur dans 25 ml d'eau de façon à former une pâte visqueuse. La pâte est ensuite soumise à un premier broyage qui a pour but d'homogénéiser la dispersion de l'HVA dans le milieu aqueux.20 g of HVA are introduced into a grinder in 25 ml of water so as to form a viscous paste. The paste is then subjected to a first grinding which aims to homogenize the dispersion of the HVA in the aqueous medium.
Le tungstate d'ammonium est une poudre blanche soluble dans l'eau. On en ajoute 0,539 g à la pâte de broyage et on poursuit durant plusieurs minutes la dispersion.Ammonium tungstate is a white powder soluble in water. 0.539 g is added to the grinding paste and the dispersion is continued for several minutes.
Le mélange ainsi réalisé est séché sous vide ou dans une étuve à 200* C. π. Pvrolvse du précurseur HVA dopé.The mixture thus produced was dried under vacuum or in an oven at 200 ° C. π. Pvrolvse of the doped HVA precursor.
La pyrolyse est effectuée dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 2 ci-dessus, en conduisant l'étape de recuit durant 5 h à 800* C. Masse de poudre noir-bleutée (VO2 dopé) formée : 1,670 ± 0,001 g. EXEMPLE 6 : Synthèse de dioxyde de vanadium dopé de formule Vj_x Mx O2 avec x = 0,02 et M = W.The pyrolysis is carried out under the same operating conditions as in Example 2 above, by conducting the annealing step for 5 hours at 800 * C. Mass bluish-black powder (VO2 doped) formed: 1.670 ± 0.001 g . EXAMPLE 6 Synthesis of doped vanadium dioxide of formula Vj_ x M x O2 with x = 0.02 and M = W.
I. Incorporation du dopant.I. Incorporation of the dopant.
On opère comme indiqué ci-dessus à l'exemple 5 à partir de 20 g d'HVA (Treibacher, Autriche, réf. AHV Trocken 99 %). La masse de tungstate d'ammonium incorporée est de 1,089 g. yi.Pyrolvse du précurseur HVA dopé.The procedure is as indicated above in Example 5 starting from 20 g of HVA (Treibacher, Austria, ref. AHV Trocken 99%). The mass of incorporated ammonium tungstate is 1.089 g. yi.Pyrolvse of the doped HVA precursor.
La pyrolyse est effectuée dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 5 ci-dessus.The pyrolysis is carried out under the same operating conditions as in Example 5 above.
Masse de poudre noir-bleutée (VO2 dopé) formée : 1,671 ± 0,001 g. EXEMPLE 7 : Caractérisation des films et mesures optiques. On a préparé des films secs contenant du VO2 non dopé ou dopé à 1 % de tungstène (Vj_x Mx O2 avec x = 0,01 et M = W) (phase solvant) de la manière suivante : 1) Préparation du vernis. Formule brute du vernis Plexigum P675 (HULS, Allemagne) 34 (Copolyraère acrylique) Solvantar S340 (ELF, France) 28 (Solvant hydrocarbure 100% aromatiques)Mass of black-blue powder (doped VO2) formed: 1.671 ± 0.001 g. EXAMPLE 7: Characterization of the films and optical measurements. Dry films were prepared containing VO2 undoped or doped with 1% tungsten (V j _ x M x O2 with x = 0.01 and M = W) (solvent phase) as follows: 1) Preparation of the varnish. Coarse varnish formula Plexigum P675 (HULS, Germany) 34 (Acrylic copolyraere) Solvantar S340 (ELF, France) 28 (100% aromatic hydrocarbon solvent)
White Spirit 17% (ELF, France) 38 (Solvant hydrocarbure 17% aromatiques)White Spirit 17% (ELF, France) 38 (Hydrocarbon solvent 17% aromatic)
100,00 On pèse le Solvantar S340 et le White Spirit 17% dans un bêcher, puis on ajoute sous agitation le Plexigum P675 et on laisse tourner jusqu'à homogénéisation parfaite. 2) Incorporation du VO2100.00 The Solvantar S340 and the White Spirit 17% are weighed in a beaker, then the Plexigum P675 is added with stirring and the mixture is left to rotate until perfectly homogenized. 2) Incorporation of VO2
On pèse dans un bêcher 100 g du vernis. On verse ensuite sous agitation 1 g de VO2 (dopé ou non). L'agitation est maintenue à 1500 tr/mn pendant au moins 15 min jusqu'à homogénéisation parfaite. Le broyage est réalisé à l'aide d'un broyeur à microbilles de verre. 3) Application.Weigh 100 g of the varnish into a beaker. Then poured with stirring 1 g of VO2 (doped or not). Stirring is maintained at 1500 rpm for at least 15 min until perfect homogenization. The grinding is carried out using a glass microbead mill. 3) Application.
Le revêtement ainsi obtenu est appliqué sur plaque de verre à l'aide d'un applicateur manuel permettant le dépôt d'une épaisseur de 50 μm humide. Le séchage se fait à température ambiante.The coating thus obtained is applied to a glass plate using a manual applicator allowing the deposition of a thickness of 50 μm wet. Drying takes place at room temperature.
Ces films ont été caractérisés par les techniques suivantes : - spectroscopie IRTFThese films were characterized by the following techniques: - IRTF spectroscopy
- microscopie électronique à balayage (MEB)- scanning electron microscopy (SEM)
- mesures optiques par flux-métric (mesure de flux solaire). 4) Résultats a. Caractérisation de la transition par spectroscopie IRTF. Les films libres sont préparés par application sur verre, séchage et décollement du substrat.- optical metric flow measurements (solar flux measurement). 4) Results a. Characterization of the transition by IRTF spectroscopy. The free films are prepared by application on glass, drying and detachment of the substrate.
Les films libres ont été caractérisés par spectroscopie IRTF en transmission et en RTA (Réflexion Totale Atténuée). La transition isolant- métal du dioxyde a été clairement mise en évidence au cours du chauffage et du refroidissement par la disparition et la réapparition des bandes d'absoφtion du à VO2 à Tt = 66 ± 2*C pour le film contenant du VO2 non dopé et à Tt = 43 ± 2*C pour un film contenant du VO2 dopé à 1 % de tungstène.The free films were characterized by IRTF transmission spectroscopy and RTA (Attenuated Total Reflection). The insulator-metal transition of the dioxide was clearly demonstrated during heating and cooling by the disappearance and reappearance of the absorption bands from to VO2 at T t = 66 ± 2 * C for the film containing non-VO2 doped and at T t = 43 ± 2 * C for a film containing VO2 doped with 1% tungsten.
Les figures 8a et 8b ci-jointes représentent en 3 dimensions l'évolution des bandes d'absoφtion lors du chauffage du film (figure 8a) puis du refroidissement (figure 8b) pour un film contenant du VO2 non dopé. On peut observer que seules les bandes du polymère restent inchangées. b. Microscopie électronique à balayage. Le MEB a permis - d'une part de caractériser la distribution des grains de VO2 dans le film sec,The attached Figures 8a and 8b show in 3 dimensions the evolution of the absorption bands during heating of the film (Figure 8a) then cooling (FIG. 8b) for a film containing undoped VO2. It can be observed that only the bands of the polymer remain unchanged. b. Scanning electron microscopy. SEM allowed - on the one hand to characterize the distribution of VO2 grains in the dry film,
- d'autre part, d'effectuer une mesure précise de l'épaisseur. c Mesures optiques par flux-mέtrie.- on the other hand, to perform an accurate thickness measurement. c Optical measurements by flux-metrics.
Un dispositif représenté en figure 9 de mesure de flux solaire a été spécialement conçu afin de mettre en évidence la transition thermochrome des films dans le domaine du proche infrarouge. Le principe a fait l'objet d'une publication dans une revue internationale (J.C. VALMALETTE et al., SolarA device represented in FIG. 9 for measuring solar flux has been specially designed in order to highlight the thermochromic transition of films in the near infrared domain. The principle has been published in an international journal (J.C. VALMALETTE et al., Solar
Energy Materials, 1994).Energy Materials, 1994).
La source solaire artificielle (11) est constituée d'une lampe halogène de 50 W dont le maximum d'émission est centré sur 1 μm. Les échantillons sont des films composites ou des revêtements (13) de 58 mm de diamètre déposés sur un substrat de verre (16) placés entre la source (11) et le détecteur (10) mesurant le flux lumineux pour des longueurs d'ondes comprises entre 0 et 2,8 μm. Le multimètre (15) mesure le voltage délivré par le détecteur (10). Chaque échantillon peut être chauffé ou refroidi par flux d'air (12) et la température du film est mesurée à l'aide d'un thermocouple relié au thermomètre (14).The artificial solar source (11) consists of a 50 W halogen lamp, the maximum emission of which is centered on 1 μm. The samples are composite films or coatings (13) 58 mm in diameter deposited on a glass substrate (16) placed between the source (11) and the detector (10) measuring the light flux for wavelengths included between 0 and 2.8 μm. The multimeter (15) measures the voltage delivered by the detector (10). Each sample can be heated or cooled by air flow (12) and the film temperature is measured using a thermocouple connected to the thermometer (14).
L'exploitation des résultats expérimentaux permet d'accéder à trois grandeurs optiques directement liées au procédé de fabrication du film et à la qualité de la transition.The exploitation of the experimental results provides access to three optical quantities directly linked to the film manufacturing process and to the quality of the transition.
La caractέrisation de chacun des films comprend :The characterization of each of the films includes:
- une mesure directe du rayonnement de la source (sans échantillons),- direct measurement of the radiation from the source (without samples),
- un étalonnage à partir d'un film semi-opaque comportant un pigment noir non thermochrome par une mesure haute et basse température, - une mesure sur une plaque de verre seule I*- a calibration from a semi-opaque film comprising a non-thermochromic black pigment by a high and low temperature measurement, - a measurement on a glass plate alone I *
- une mesure du film froid (T < T) : Ifroid- a measurement of the cold film (T <T): Ifroid
- une mesure du film chaud (T > T{) : Ichaud.- a measurement of the hot film (T> T {): Ichaud.
On a défini, par le calcul, trois grandeurs (dans la gamme spectrale solaire du détecteur) : - l'opacitéWe defined, by calculation, three quantities (in the solar spectral range of the detector): - opacity
- l'efficacité relative (l-(Ichaud / Ifroid) exprimée en %- the relative efficiency (l- (Ichaud / Ifroid) expressed in%
- et l'efficacité absolue (Ichaud ~ Ifroid) cn un'tes standard : W. m~2.- and absolute efficiency (Ichaud ~ Ifroid) cn un te s standard: W. m ~ 2 .
Les résultats obtenus sont les suivants (les valeurs de flux transmis à froid sont exprimées en fonction d'une radiation incidente de 1000 W. m~2).The results obtained are as follows (the flux values transmitted when cold are expressed as a function of an incident radiation of 1000 W. m ~ 2 ).
Film sec de 10 μm d'épaisseur contenant une fraction massique de VO2 non dopé égale à F.M. = 0,01.Dry film 10 μm thick containing a mass fraction of undoped VO2 equal to F.M. = 0.01.
- Opacité = 34 ± 2 %- Opacity = 34 ± 2%
- Flux transmis à froid (T < Tt = 66* = 662 W. m-2 - flux transmis à chaud (T > Tt = 66* = 606 W. m-2 - Flow transmitted cold (T <T t = 66 * = 662 W. m -2 - flow transmitted hot (T> T t = 66 * = 606 W. m -2
- Efficacité relative = 8,5 %- Relative efficiency = 8.5%
- Gain en efficacité absolue = 56 W. m_2- Absolute efficiency gain = 56 W. m_2
Film sec de 10 μm d'épaisseur contenant une fraction massique de VO2 non dopé égale à F.M. = 0,025. - Opacité = 40 ± 2 %Dry film 10 μm thick containing a mass fraction of undoped VO2 equal to F.M. = 0.025. - Opacity = 40 ± 2%
- Flux transmis à froid (T < Tt = 66* ) = 631 W. m~2 - Flux transmitted cold (T <T t = 66 *) = 631 W. m ~ 2
- flux transmis à chaud (T > Tt = 66* C) = 527 W. m-2 - flux transmitted hot (T> T t = 66 * C) = 527 W. m -2
- Efficacité relative = 16,5 %- Relative efficiency = 16.5%
- Gain en efficacité absolue = 104 W. m"2 Film sec de 10 μm d'épaisseur contenant une fraction massique de VO2 non dopé égale à F.M. = 0,05.- Gain in absolute efficiency = 104 W. m " 2 Dry film 10 μm thick containing a mass fraction of undoped VO2 equal to FM = 0.05.
- Opacité = 63 %- Opacity = 63%
- Flux transmis à froid (T < Tt = 66* Q = 270 W. m-2 - Flux transmitted cold (T <T t = 66 * Q = 270 W. m -2
- flux transmis à chaud (T > Tt = 66* C) = 186 W. m-2 - Efficacité relative = 31,1 %- flux transmitted hot (T> T t = 66 * C) = 186 W. m -2 - Relative efficiency = 31.1%
- Gain en efficacité absolue = 84 W. m"2 - Gain in absolute efficiency = 84 W. m " 2
Films sec de 100 μm d'épaisseur contenant une fraction massique de VO2 dopé à 1 % de tungstène égale à F.M. = 0,005 ± 0,001.Dry films 100 μm thick containing a mass fraction of VO2 doped with 1% tungsten equal to F.M. = 0.005 ± 0.001.
- Opacité = 68 ± 2 % - Flux transmis à froid (T < Tt = 66* Q = 708 W. m-2 - Opacity = 68 ± 2% - Flow transmitted cold (T <T t = 66 * Q = 708 W. m -2
- flux transmis à chaud (T > Tt = 66* C) = 635 W. m-2 - flux transmitted hot (T> T t = 66 * C) = 635 W. m -2
- Efficacité relative = 31,1 %- Relative efficiency = 31.1%
- Gain en efficacité absolue = 73 W. m-2 Ces résultats montrent que la fraction volumique de pigment a une incidence directe sur :- Absolute efficiency gain = 73 W. m -2 These results show that the volume fraction of pigment has a direct impact on:
- le gain thermique lors de la transition,- the thermal gain during the transition,
- l'opacité du feuil de vernis. EXEMPLE 8 : Etude granulométrique.- the opacity of the varnish film. EXAMPLE 8: Grain size study.
Cette étude a été effectuée par comptage au microscope électronique sur plusieurs échantillons de films réalisés avec du VO2 non dopé obtenu selon les exemples 1 et 2. Les films ont été préparés selon le procédé de l'exemple 7.This study was carried out by counting with an electron microscope on several samples of films produced with undoped VO2 obtained according to Examples 1 and 2. The films were prepared according to the method of Example 7.
Les résultats sont rapportés dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous.The results are reported in Tables 1 and 2 below.
TABLEAU 1TABLE 1
Films contenant du VO2 non dopé selon l'exemple 1 distribution log-normale centrée sur D* = 0,3 μm avec un écart type Ln σ = 60 . épaisseur du film = 10 μ fraction volumique (volume du pigment/volume total du film) = 0,02Films containing undoped VO2 according to Example 1 log-normal distribution centered on D * = 0.3 μm with a standard deviation Ln σ = 60. film thickness = 10 μ volume fraction (pigment volume / total film volume) = 0.02
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
D = diamètre des particules ; D* = diamètre moyen des particules D = particle diameter; D * = average particle diameter
TABLEAU 2TABLE 2
Films contenant du VO2 non dopé selon l'exemple 2 distribution log-normale centrée sur D* = 1 μm avec un écart type Ln σ = 0,80 épaisseur du film = 10 μm fraction volumique (volume du pigment/volume total du film)= 0,02Films containing undoped VO2 according to Example 2 lognormal distribution centered on D * = 1 μm with a standard deviation Ln σ = 0.80 film thickness = 10 μm volume fraction (pigment volume / total film volume) = 0.02
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
D = diamètre des particules ; D* = diamètre moyen des particules. D = particle diameter; D * = average particle diameter.

Claims

REVENDICATIONS
1. Microparticules de dioxyde de vanadium de formule Vι_x Mx O2 dans laquelle 0 ≤ x ≤ 0,05 et M est un métal dopant, caractérisé en ce qu'elles ont une granulométrie inférieure à 5 μm, de préférence de l'ordre de 0,1 à 0,5 μm.1. Microparticles of vanadium dioxide of formula Vι_ x M x O2 in which 0 ≤ x ≤ 0.05 and M is a doping metal, characterized in that they have a particle size less than 5 μm, preferably of the order from 0.1 to 0.5 μm.
2. Microparticules selon la revendication 1 de formule Vj.x Mx O2 dans laquelle M est un métal choisi parmi des éléments de transition offrant un rayon ionique supérieur à celui du vanadium tels que Nb ou Ta ou une contribution électronique tels que Mo et W. 2. Microparticles according to claim 1 of formula Vj. x M x O2 in which M is a metal chosen from transition elements offering an ionic radius greater than that of vanadium such as Nb or Ta or an electronic contribution such as Mo and W.
3. Microparticules selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 de formule Vj.x Wx O2 dans laquelle x est compris entre 0 et 0,02. 3. Microparticles according to any one of claims 1 or 2 of formula Vj. x W x O2 in which x is between 0 and 0.02.
4. Procédé d'obtention de microparticules de dioxyde de vanadium de formule Vι_x Mx O2 dans laquelle M est un métal dopant et 0 < x < 0,05, par pyrolyse d'hexavanadate d'ammonium dopé ou non dopé, caractérisé en ce que ladite pyrolyse est mise en oeuvre à une température comprise entre environ 400°C et environ 650°C, avec une vitesse de montée en température d'au moins 100°C/min, et en ce que les gaz issus de ladite pyrolyse sont gardés en confinement et en communication directe avec le milieu réactionnel pendant une durée d'au moins 1/2 h, de préférence 1 h. 4. Process for obtaining vanadium dioxide microparticles of formula Vι_ x M x O2 in which M is a doping metal and 0 <x <0.05, by pyrolysis of doped or undoped ammonium hexavanadate, characterized in that said pyrolysis is carried out at a temperature between about 400 ° C and about 650 ° C, with a temperature rise rate of at least 100 ° C / min, and in that the gases from said pyrolysis are kept in confinement and in direct communication with the reaction medium for a period of at least 1/2 h, preferably 1 h.
5. Procédé selon la revendication 4, ledit procédé étant mis en oeuvre avec de l'hexavanadate d'ammonium dopé avec un métal choisi parmi ceux définis à la revendication 2.5. Method according to claim 4, said method being carried out with ammonium hexavanadate doped with a metal chosen from those defined in claim 2.
6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la vitesse de montée en température est d'au moins 200°C/min, de préférence d'au moins 300°C/min.6. Method according to one of claims 4 or 5, characterized in that the rate of temperature rise is at least 200 ° C / min, preferably at least 300 ° C / min.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la durée de confinement des gaz issus de la pyrolyse est d'au moins 5 minutes, de préférence entre 1/2 h et 2 h.7. Method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the duration of confinement of the gases resulting from the pyrolysis is at least 5 minutes, preferably between 1/2 h and 2 h.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que, avant pyrolyse, on soumet l'hexavanadate d'ammonium à un dégazage à une température inférieure à 230°C et en effectuant un pompage sous vide primaire pendant au moins 1 min.8. Method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that, before pyrolysis, the ammonium hexavanadate is subjected to degassing at a temperature below 230 ° C and by pumping under primary vacuum for at least 1 min.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que, à l'issue de la pyrolyse, on soumet le dioxyde de vanadium obtenu à une étape optionnelle de recuit sous gaz inerte, à une température d'au moins 600*C pendant une durée d'au moins 1 h.9. Method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that, at the end of the pyrolysis, the vanadium dioxide obtained is subjected to an optional step of annealing under inert gas, at a temperature of at least 600 ° C. for a period of at least 1 h.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que, à l'issue de la pyrolyse, et éventuellement après l'étape optionnelle de recuit telle que définie dans la revendication 8, on refroidit le dioxyde de vanadium obtenu sous gaz inerte jusqu'à une température d'environ 120*C.10. Method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that, at the end of the pyrolysis, and optionally after the optional annealing step as defined in claim 8, the vanadium dioxide is cooled obtained under an inert gas to a temperature of about 120 ° C.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que l'on soumet éventuellement le dioxyde de vanadium obtenu à l'issue de la pyrolyse, ladite pyrolyse étant éventuellement suivie d'une étape de recuit et/ou d'une étape de refroidissement telles que définies dans les revendications 9 et 10, à un broyage.11. Method according to any one of claims 4 to 10, characterized in that one optionally submits the vanadium dioxide obtained at the end of the pyrolysis, said pyrolysis possibly being followed by an annealing step and / or from a cooling step as defined in claims 9 and 10, to grinding.
12. Utilisation des microparticules selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour la préparation de compositions de revêtement de surfaces. 12. Use of the microparticles according to any one of claims 1 to 3 for the preparation of surface coating compositions.
13. Compositions de revêtement de surface contenant des microparticules selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 13. Surface coating compositions containing microparticles according to any one of claims 1 to 3.
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