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          科研進(jìn)展

          科學(xué)島團隊在二氧化釩紅外調控相變材料研究方面取得新進(jìn)展

          作者:吳良飛發(fā)布時(shí)間:2024-03-22【打印】【關(guān)閉】
            近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部在M相二氧化釩 (VO2(M))熱敏材料的制備和紅外調控研究方面取得新進(jìn)展,成功制備了具有優(yōu)異可見(jiàn)光透過(guò)率和近紅外光調控能力的 VO2(M)薄膜 (Tlum=62.29%,  DTsol=14.91%)。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊 Materials Horizons 上

            VO2(M)是一種典型的熱致相變材料,在相變時(shí)可發(fā)生一階可逆的半導體-金屬相變,同時(shí)伴隨光學(xué)和電學(xué)性能的突變。VO2(M)的相變溫度為68 ,相變前材料對紅外光表現出高透過(guò)性,而相變后紅外光透過(guò)率呈現截止狀態(tài),同時(shí)電阻率會(huì )發(fā)生3~5個(gè)數量級的突變。基于其相變時(shí)的光電特性,VO2(M)在節能窗戶(hù)、光電開(kāi)關(guān)、紅外隱身、可重構濾波器、溫度/應力傳感器等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。 

            釩是一種過(guò)渡金屬元素,對應的釩氧化物種類(lèi)和價(jià)態(tài)十分豐富,VO2也有近十種同質(zhì)異構體,這為特定相結構VO2(M)材料的高純度制備帶來(lái)很大困難,特別是高質(zhì)量VO2(M)納米顆粒的制備一直是研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。水熱法具有成本低廉、可大面積制備且不依賴(lài)基底等優(yōu)點(diǎn),并且在調控釩氧化物化學(xué)計量比方面具有明顯的優(yōu)勢。但目前水熱法一步合成VO2(M)還存在水熱溫度高(240 )、晶粒尺寸大、紅外調控不佳等缺點(diǎn)。 

            為此,研究人員發(fā)展了水熱和熱處理相結合的方法,制備了高質(zhì)量 VO2(M)納米粉體。首先采用相對溫和的水熱條件制備了超細 VOOH納米顆粒 (~ 24.92 nm),納米顆粒的形成由 Kirkendall擴散過(guò)程主導。在此基礎上,對 VOOH納米顆粒進(jìn)行熱處理,獲得了高純度 VO2(M)納米顆粒 (~ 38.37 nm),同時(shí)研究了不同退火時(shí)間下 VO2顆粒相變溫度和光學(xué)性能變化。為進(jìn)一步提高 VO2的環(huán)境耐受性,制備了 VO2@SiO2核殼結構,結合理論模擬,探究了殼層厚度對其光學(xué)性能的影響。所制備的 VO2@SiO2/PVP薄膜表現出了良好的熱致變色性能,在可見(jiàn)光透過(guò)率為 62.29%時(shí),其太陽(yáng)光調制效率達到 14.91%

            上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)院院長(cháng)基金、貝內克-長(cháng)順汽車(chē)內飾材料有限公司等項目的支持。 

            文章鏈接https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d3mh01393f 

            https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.01.054
            
            

          1. (a) Kirkendall效應制備超細VOOH示意圖;(b) VOOH(c) VO2(M)SEM圖像;(d) VO2@SiO2TEM圖像;(e) VO2@SiO2/PVP薄膜的光學(xué)性能數據;(f) VO2基柔性薄膜;(g) 熱致變色性能對比雷達圖。 

          2. (a-b) FS限域退火的VO2(M)TEM圖像;(c) 聚合物輔助退火的VO2(M)SEM圖像;(d) 不同厚度薄膜的高低溫透過(guò)率曲線(xiàn);(e-f) 聚合物輔助退火的VO2(M)薄膜的疏水性能測試;(g-h) VO2@SiO2TEM圖像和能譜分析;(i) 熱致變色性能對比。

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