專利名稱：一種鎢摻雜二氧化釩粉體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎢摻雜二氧化釩粉體材料，本發(fā)
明還涉及該鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化釩(V02)作為一種相變化合物，在68°C附近會發(fā)生從高溫四方相到低溫單 斜相的轉(zhuǎn)變，該相變發(fā)生在納秒數(shù)量級上而且是多次可逆的，同時伴隨著光、電、磁等性能 如折射率n、反射率R以及電阻率等一系列的突變。因此，二氧化釩在智能窗材料、光存儲、 光電開關(guān)以及紅外輻射探測器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。同時，研究表明V(^的相變溫 度Tc可以通過摻入一些原子(如Mo、W、F等)進(jìn)行調(diào)節(jié)，特別是通過摻雜方式加入高價金屬 離子后可降低V02相變溫度，擴(kuò)大V02使用范圍。現(xiàn)已報道的有關(guān)摻雜二氧化釩材料及其制 備方法主要集中在薄膜和粉體制備兩個方面，其中V02薄膜的制備方法有化學(xué)氣相沉積法， 反應(yīng)蒸鍍法、磁控濺射法、激光脈沖沉積法、溶膠_凝膠法等，而V02粉體制備方法主要包括 熱解(朋4)#6016禾卩(朋4)5[ (V0)6 (C03)4 (0H) 9] *101120、水熱合成法、真空還原法，噴霧熱 分解V0S04等。但這些方法都存在著原料昂貴，過程復(fù)雜且不易控制從而導(dǎo)致二氧化釩呈 現(xiàn)多晶型和混合價態(tài)的等純度不高等不足。為了滿足工業(yè)化生產(chǎn)特種功能材料的要求，需 要尋找一種工藝簡單、經(jīng)濟(jì)高效的摻雜鎢的二氧化釩粉體的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎢摻雜二氧化釩粉體材料，解決了現(xiàn)有的摻雜二氧化釩 粉體材料制備方法復(fù)雜且不易控制，制備原料昂貴的問題。 本發(fā)明的另一 目的是提供一種制備上述鎢摻雜二氧化釩粉體材料的方法。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種鎢摻雜二氧化釩粉體材料，按照質(zhì)量百分比，由
以下組分組成
還原劑2. 97%_3. 19%
工業(yè)純?nèi)趸u0%-6. 89%
余量為工業(yè)純五氧化二釩，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是一種制備鎢摻雜二氧化釩粉體材料的方法，具 體按照以下步驟實施
步驟1 :稱取2. 97%-3. 19%的還原劑、0%-6. 89%的工業(yè)純?nèi)趸u，余量為工業(yè)純五氧化二釩，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%，混料4-6小時，得到混合均勻的粉料；
步驟2 :將上步得到的混合均勻的粉料在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫還原；
步驟3 :將上步得到的高溫還原后的粉料進(jìn)行分散，得到鎢摻雜二氧化釩粉體材料。 本發(fā)明的特點還在于， 其中的還原劑選用碳黑。 其中的步驟2中的高溫還原，首先溫度以40-50°C /min的升溫速率從室溫升至
700-750°C ，保溫2-3h，接著溫度以40_50°C /min的升溫速率從700-750。C升至850-900°C ，
保溫3-5h，隨爐冷卻。 其中的步驟3中的分散，采用機械球磨法，球磨時間為8-12h，球料比為40 :1。 其中的步驟1中的混料，采用在混合粉料中加入不銹鋼球，球料比為2 :1。 本發(fā)明的有益效果是，原材料是、05、(:和￥03，價格低廉、容易獲得且運輸、貯藏和
使用都很方便，所用的設(shè)備是可以通入保護(hù)氣體的電阻燒結(jié)爐。對于氣體流量和升溫速率
等工藝參數(shù)可以通過流量計和控溫儀表進(jìn)行智能操作，因而操作起來很簡單，非專業(yè)人士
也可以實現(xiàn)。整個工藝過程簡單，對設(shè)備要求低，投資小，能耗低，易于大批量生產(chǎn)，有利于
商業(yè)化。


圖1為本發(fā)明制備方法工藝流程圖2為本發(fā)明實施例1制備的鎢摻雜二氧化釩粉體的TEM照片; 圖3為本發(fā)明實施例2制備的鎢摻雜二氧化釩粉體的TEM照片; 圖4為本發(fā)明實施例1制備的鎢摻雜二氧化釩粉體的DSC曲線; 圖5為本發(fā)明實施例2制備的鎢摻雜二氧化釩粉體的DSC曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明鎢摻雜二氧化釩粉體材料，按照質(zhì)量百分比，由以下組分組成
還原劑2. 97%-3. 19%
工業(yè)純?nèi)趸u(WO》0%-6. 89%
余量為工業(yè)純五氧化二釩(、05)，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%。其中還原劑 為碳黑；工業(yè)純五氧化二釩(、05)及工業(yè)純?nèi)趸u(WO》的純度不低于99. 9%。
本發(fā)明鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法，如圖1所示，具體按照以下步驟實 施
步驟1 :用光電天平稱取2. 97%-3. 19%的還原劑、0%-6. 89%的工業(yè)純?nèi)趸u，余量為 工業(yè)純五氧化二釩，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%，在混料機上進(jìn)行均勻混合，預(yù)定 混料時間為4-6小時。為了防止粉末團(tuán)聚，達(dá)到充分混合均勻的效果，需在混合粉料中加入一定量的不銹鋼球，其中球料比約為2 :1。 步驟2 :將步驟l得到的混合均勻的粉料轉(zhuǎn)入陶瓷反應(yīng)器皿中，然后放入管式燒結(jié) 爐內(nèi)。首先，打開氣體流量閥，將管式燒結(jié)爐內(nèi)的空氣排除干凈后，開始加熱反應(yīng)，首先溫度 以40-50°C /min的升溫速率從室溫升至700-750。C，保溫2-3h，接著溫度以40-50°C /min 的升溫速率從700-75(TC升至850-90(TC，保溫3-5h，隨爐冷卻，為了保證粉體不被氧化，加 熱保溫和冷卻過程，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。 步驟3 :采用機械球磨法，將步驟2得到的高溫還原后的粉體進(jìn)行分散，球磨時間 為8-12h，球料比為40 :1。
實施例1
將5gV205粉末、0. 165gC粉混合后在混料機上混合4h后，裝入預(yù)先清洗干凈的A1203反 應(yīng)容器中，然后將其放入管式燒結(jié)爐內(nèi)。管式燒結(jié)爐一端通入N2氣，另一端通過橡皮管與 澄清石灰水相連。首先打開通氣閥，30min后打開管式燒結(jié)爐加熱開關(guān)，開始加熱，升溫速率 為4(TC左右，在70(TC下保溫3h，然后繼續(xù)升溫至850°C ，保溫5h后，隨爐冷卻，當(dāng)爐溫降至 IO(TC附近時關(guān)閉通氣閥。XRD分析結(jié)果表明，還原產(chǎn)物為單斜相V(^，純度較高。如圖4所 示，從DSC曲線可直觀看出產(chǎn)物的相變點在67. 04°C附近，與單斜相V02的相變溫度68。C吻 合較好，這也進(jìn)一步證明了 XRD分析結(jié)果的正確性。從管式燒結(jié)爐中取出還原后的粉末團(tuán) 聚現(xiàn)象嚴(yán)重，為了解決這一問題，須進(jìn)行球磨，球磨時間12h，球料比為40 :l，經(jīng)球磨后粉體 的粒度可達(dá)200-500nm。
實施例2
將5gV205粉末、0. 165gC以及0. 40gW03粉末(其中W/V原子比為3%)在混料機上均勻 混合5h后，裝入預(yù)先清洗干凈的A1203反應(yīng)容器中，然后將其放入管式燒結(jié)爐內(nèi)。管式燒結(jié) 爐一端通入N2氣，另一端通過橡皮管與澄清石灰水相連。首先打開通氣閥，30min后打開管 式燒結(jié)爐加熱開關(guān)，開始加熱，升溫速率為5(TC左右，在725t:下保溫2h，然后繼續(xù)升溫至 88(TC，保溫4h后，隨爐冷卻，當(dāng)爐溫降至IO(TC附近時關(guān)閉通氣閥。XRD分析結(jié)果表明，還 原產(chǎn)物為單斜相V02，不存在W03的衍射峰，說明W6+已固溶到V02晶格中從而形成V卜XWX02固 溶體。如圖5所示，從DSC曲線可直觀看出產(chǎn)物的相變溫度已降到6. 48t:附近，這也進(jìn)一 步證實已經(jīng)實現(xiàn),+摻雜的目的，與此同時未改變V(^的物相與價態(tài)。從管式燒結(jié)爐中取出 的還原后粉體仍有團(tuán)聚現(xiàn)象，須進(jìn)行球磨，球磨時間12h，球料比為40 :l，與實施例1相同。 如圖2及圖3所示，從TEM照片中可以看出較摻雜前，實施例1與實施例2得到的還原后粉 體得到了一定程度的細(xì)化，平均粒度在200nm以下；形貌由短棒狀變?yōu)榉叫巍?
實施例3
將5gV205粉末、0. 165gC以及0. 64gW03粉末(其中W/V原子比為5%)在混料機上均勻 混合6h后，裝入預(yù)先清洗干凈的A1203反應(yīng)容器中，然后將其放入管式燒結(jié)爐內(nèi)。管式燒結(jié) 爐一端通入N2氣，另一端通過橡皮管與澄清石灰水相連。首先打開通氣閥，30min后打開管 式燒結(jié)爐加熱開關(guān)，開始加熱，升溫速率為45。C左右，在75(TC下保溫2h，然后繼續(xù)升溫至 90(TC，保溫3h后，隨爐冷卻，當(dāng)爐溫降至IO(TC附近時關(guān)閉通氣閥。XRD分析結(jié)果表明，還 原產(chǎn)物仍為單斜相V02，不存在W03的衍射峰，說明W6+已固溶到V02晶格中而形成V卜XWX02固 溶體。從爐中取出的還原后粉體仍有團(tuán)聚現(xiàn)象，須進(jìn)行球磨。 通過本發(fā)明制備的鎢摻雜二氧化釩粉體材料，不但保證其為高純度二氧化釩而且晶型單一，同時其相變溫度Tc可根據(jù)摻雜金屬離子W6+的數(shù)量控制在-2. 9°C —67. 04t:這 一范圍內(nèi)，從而使得鎢摻雜二氧化釩粉體材料的光、電、磁等性能如折射率n、反射率R以及 電阻率等一系列性能在-2. 9°C—67. 04t:這一范圍內(nèi)發(fā)生突變，滿足特種功能材料的需要。
權(quán)利要求
一種鎢摻雜二氧化釩粉體材料，其特征在于，按照質(zhì)量百分比，由以下組分組成還原劑2.97%-3.19%工業(yè)純?nèi)趸u0%-6.89% 余量為工業(yè)純五氧化二釩，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢摻雜二氧化釩粉體材料，其特征在于，所述的還原劑選用碳黑。
3. —種制備權(quán)利要求1所述的鎢摻雜二氧化釩粉體材料的方法，其特征在于，具體按 照以下步驟實施步驟1 :稱取2. 97%-3. 19%的還原劑、0%-6. 89%的工業(yè)純?nèi)趸u，余量為工業(yè)純五氧 化二釩，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%，混料4-6小時，得到混合均勻的粉料；步驟2 :將上步得到的混合均勻的粉料在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫還原；步驟3 :將上步得到的高溫還原后的粉料進(jìn)行分散，得到鎢摻雜二氧化釩粉體材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法，其特征在于，所述的 步驟2中的高溫還原，首先溫度以40-50°C /min的升溫速率從室溫升至700-75(TC，保溫 2-3h，接著溫度以40-50°C /min的升溫速率從700-750。C升至850-900。C，保溫3_5h，隨爐冷卻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法，其特征在于，所述的 步驟3中的分散，采用機械球磨法，球磨時間為8-12h，球料比為40 :1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法，其特征在于，所述的 步驟1中的混料，采用在混合粉料中加入不銹鋼球，球料比為2 :1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法，其特征在于，所述的 還原劑選用碳黑。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種鎢摻雜二氧化釩粉體材料，按照質(zhì)量百分比，由以下組分組成還原劑2.97%-3.19%，工業(yè)純?nèi)趸u0%-6.89%，余量為工業(yè)純五氧化二釩，以上各組分的質(zhì)量百分比之和為100%。該鎢摻雜二氧化釩粉體材料的制備方法，首先按照以上質(zhì)量百分比稱取原料，混料4-6小時，然后將混合均勻的粉料在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫還原，最后進(jìn)行分散，得到鎢摻雜二氧化釩粉體材料。本發(fā)明鎢摻雜二氧化釩粉體材料及其制備方法，為高純度二氧化釩而且晶型單一，同時其相變溫度Tc可根據(jù)摻雜金屬離子W6+的數(shù)量控制在-2.9℃-67.04℃這一范圍內(nèi)，從而使得鎢摻雜二氧化釩粉體材料的光、電、磁等性能在-2.9℃-67.04℃這一范圍內(nèi)發(fā)生突變，滿足特種功能材料的需要。
文檔編號C01G31/02GK101792182SQ201010121899
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者梁淑華, 王春蓮, 王獻(xiàn)輝, 鄒軍濤, 黃星 申請人:西安理工大學(xué)