CN105858725A - 一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法 - Google Patents

一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，其步骤：(1)配置2～15ml水和400ml醇的醇水混合液；(2)称取0.1～5 g的二氧化钒VO2置于球磨机中研磨10分钟；(3)将研磨后的二氧化钒VO2颗粒超声分散在上述醇水混合液中进行超声反应，得到二氧化钒VO2分散混合液；(4)再向上述分散混合液中加入2～15ml的氨水进行磁力搅拌；(5)在搅拌条件下，按照滴加速度为0.5～6ml/h，将0.15～0.5ml的正硅酸乙酯滴加到上述搅拌后的分散混合液中，室温搅拌6～12h；(6)搅拌后高速离心；(7)再用乙醇和水依次清洗；(8)对清洗后的反应产物进行冷冻干燥，制得二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子。该方法操作简便，不用表面活性剂，不污染环境；用二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子旋涂成膜，可见光透过率提高20%。

Description

一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法
技术领域
本发明涉及一种常温、无表面活性剂醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，属于节能材料制备技术领域。
背景技术
人们调节室内温度的主要是通过采暖、电风扇、空调调节室内温度，该调节方式能耗大，不符合节能减排和可持续绿色发展的理念。因此，使用高性能节能隔热玻璃是减少能耗的有效途径之一。
调节室内温度的节能隔热玻璃是通过制备透明隔热涂料及薄膜。目前节能隔热玻璃的纳米粒子主要有三氧化二铝、二氧化钛、二氧化钒等。纯二氧化钒作为一种相变材料，在低温时以M相存在时，近红外光透过率高，当达到其相变温度时其近红外光透过率急剧下降，利用该特点我们可以对其近红外光透过率进行智能调节从而达到智能窗“冬暖夏凉”的效果。但是，VO2本身相变温度高（68℃）化学稳定性差、易氧化、可见光透过率低等不足大大限制了在智能窗领域的应用。相关文献报道，通过元素钨（W）掺杂二氧化钒，可以将相变温度降低至室温，同时为了提高化学稳定性，通过在纳米粒子表面包覆一层化学稳定性高的材料（如TiO2、ZrO2、SiO2）提高VO2材料的化学稳定性和抗氧化性。由于纳米粒子表面包覆二氧化硅一层化学稳定性高的材料具有光学透过率好、化学稳定、原料简单易得特点，使得二氧化硅SiO2作为一种包覆材料要优于其他包覆材料。但是，目前二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子的制备方法是通过表面活性剂修饰并通过Stöber方法进行包覆，制备过程复杂，且伴有很多二氧化硅SiO2均相成核，团聚严重，导致材料分散性能下降。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种采用常温无表面活性剂醇水溶液法快速制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，该方法不仅操作简便，不污染环境，而且制备的二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子具有较高的可见光透过率。
本发明的一种常温无表面活性剂醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，包括如下步骤：
(1). 配置2～15ml 水和400ml醇的醇水混合液，将其放入广口瓶中；
(2). 称取0.1～5 g的 二氧化钒VO2置于球磨机中，研磨10 分钟，得到二氧化钒VO2颗粒；
(3). 将研磨后的二氧化钒VO2颗粒超声分散在上述醇水混合液中进行超声反应，超声时间0.5 ～3小时，得到二氧化钒VO2分散混合液 ；
(4). 再向上述分散混合液中加入2～15ml的氨水进行磁力搅拌，磁力搅拌速度为150～500 r/min，搅拌时间为5 ～30分钟 ；
(5). 在搅拌条件下，按照滴加速度为0.5～6ml/h ，将0.15～0.5ml的正硅酸乙酯滴加到上述搅拌后的分散混合液中，室温搅拌6～12 h ；
(6). 搅拌后高速离心，得到反应产物；
(7). 再用乙醇和水依次清洗3～4次 ；
(8). 对清洗后的反应产物进行冷冻干燥，干燥温度为-10 ～ -70℃，制得二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子。
上述步骤(1)所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇中的一种或几种。
上述步骤(3)所述的二氧化钒 VO2分散混合液，其中，二氧化钒VO2的质量体积分数与醇水混合液分数为1～5%。
本发明的制备方法与现有技术相比，具有显著效果，具有以下特点：
1 .本发明的方法不使用任何表面活性剂，不污染环境 ；
2. 本发明的方法采用正硅酸乙酯和水为原料，成本低 ；
3. 本发明的方法操作简便 ；
4. 采用本发明制备的二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子旋涂成膜，经测试其可见光透过率提高20%。
附图说明
图1为实施例1制得的(VO2@SiO2)纳米粒子的透射电子显微镜TEM衍射图。
图2为实施例1制得的(VO2@SiO2)纳米粒子的透射电子显微镜HRTEM衍射图。
图3为实施例1制得的(VO2@SiO2)纳米粒子的热重分析TG图。
图4为实施例1制得的(VO2@SiO2)纳米粒子的氧化温度图。
图5为实施例1制得备的(VO2@SiO2)纳米粒子的光学透过率图。
具体实施方式
下面结合实施例、对比例及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
实施例一
一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，其步骤：
(1). 配置10 ml 水和400ml醇的醇水混合液，将其放入广口瓶中；
(2). 称取0.1 g的 二氧化钒VO2置于球磨机中，研磨10 分钟，得到二氧化钒VO2颗粒；
(3). 将研磨后的二氧化钒VO2颗粒超声分散在上述醇水混合液中进行超声反应，超声时间0.5 小时，得到二氧化钒VO2分散混合液；
(4). 再向上述分散混合液中加入 6ml的氨水进行磁力搅拌，磁力搅拌速度为300 r/min，搅拌时间为10分钟；
(5). 在搅拌条件下，按照滴加速度为6ml/h，将0.15ml的正硅酸乙酯滴加到上述搅拌后的分散混合液中，室温搅拌8 h ；
(6). 搅拌后高速离心，得到反应产物 ；
(7). 再用乙醇和水依次清洗3～4次 ；
(8). 对清洗后的反应产物进行冷冻干燥，干燥温度为 - 50 ℃，制得二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子。
用TEM，HRTEM对上述制备的二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子的形貌和性能进行了测试。图1是二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子的TEM照片，显示包覆后的纳米粒子分散性良好，包覆厚度均匀，无二氧化硅均相成核。图2是二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子的HRTEM照片，显示二氧化硅包覆层厚度均匀，且尺寸为5nm。图3是二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子的TG图，表明包覆二氧化硅后二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子在330℃开始发生氧化反应。图4是二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子的在空气中不同升温速率下的氧化温度图，从图4中的曲线表明，氧化起始温度均高于310℃，且随着升温速率的提高纳米粒子的氧化起始温度下降。
为了检测本发明的二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2) VO2@SiO2)纳米粒子的光学透过率性能，采用紫外近红外光谱测试仪进行测试，将材料分散在1:1的PVP水溶液中，超白玻璃为基底，以600rmp/min旋涂成膜，UH4150型分光光度计(Spectrophotometer(Direct Light Detector))检测。图5是二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子的光学透过率，显示二氧化硅包覆二氧化钒后的光学可见光透过率提高20% 。

Claims (3)

1. 一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，其特征是，包括如下步骤：
配置2～15ml 水和400ml醇的醇水混合液，将其放入广口瓶中；
称取0.1～5 g的 二氧化钒VO2置于球磨机中，研磨10 分钟，得到二氧化钒VO2颗粒；
将研磨后的二氧化钒VO2颗粒超声分散在上述醇水混合液中进行超声反应，超声时间0.5 ～3小时，得到二氧化钒VO2分散混合液 ；
再向上述分散混合液中加入2～15ml的氨水进行磁力搅拌，磁力搅拌速度为150～500 r/min，搅拌时间为5 ～30分钟 ；
在搅拌条件下，按照滴加速度为0.5～6ml/h ，将0.15～0.5ml的正硅酸乙酯滴加到上述搅拌后的分散混合液中，室温搅拌6～12 h ；
搅拌后高速离心，得到反应产物；
再用乙醇和水依次清洗3～4次 ；
对清洗后的反应产物进行冷冻干燥，干燥温度为-10 ～ -70℃，制得二氧化硅包覆二氧化钒(VO2@SiO2)纳米粒子。
2.根据权利要求1 所述的一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，其特征在于，上述步骤(1)所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1 所述的一种醇水溶液法制备二氧化硅包覆二氧化钒纳米粒子方法，其特征在于，上述步骤(3)所述的二氧化钒 VO2分散混合液，其中，二氧化钒VO2的质量体积分数与醇水混合液分数为1～5% 。
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