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基于纳米二氧化钒的热致相变薄膜的制备及其性能研究

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基于纳米二氧化钒的热致相变薄膜的制备及其性能研究

作者：杨雪西南大学

学位级别：硕士

随着经济的快速发展,能源短缺和环境保护已经成为世界范围内的两大问题。为了减少能源的消耗和温室气体的排放,人们越来越重视寻找有效的节能材料。据报道,建筑能源消耗约占世界总能源消耗的30～40%。其中,通过窗户的能量损失占建筑总... 详细信息

随着经济的快速发展,能源短缺和环境保护已经成为世界范围内的两大问题。为了减少能源的消耗和温室气体的排放,人们越来越重视寻找有效的节能材料。据报道,建筑能源消耗约占世界总能源消耗的30～40%。其中,通过窗户的能量损失占建筑总能耗的50%以上,因此,节能玻璃的应用对建筑节能具有重大意义。VO热致变色薄膜可以根据环境温度自动调控进入室内的太阳能,从而降低建筑能源消耗,因此,基于VO的热致变色智能窗在建筑节能领域具有巨大的应用潜力。在实际应用中,VO智能窗还面临以下问题:VO的相变温度(T)过高,太阳能调制效率(ΔT)低,可见光透过率(T)低,耐候性差。这些问题需要结合纳米VO的合成以及最终成膜工艺等关键环节共同解决。另外,考虑到VO智能窗的应用前景,还应考虑成膜施工便利性以及成膜成本,这就迫切需要探索一种操作简单、成本低、更通用的VO薄膜制备方法,从而推动VO的商业化应用。鉴于此,本论文的研究内容和相应的研究结论如下:(1)首先通过一步水热法合成粒径较小、结晶度较好的VO纳米颗粒。将VO分散在聚合物溶液中,然后将分散液浇铸在玻璃上制备薄膜。通过调控分散液的黏度,改善薄膜的性能。研究结果表明,在280℃水热24 h合成了VO纳米颗粒,平均尺寸为34.3 nm,相变潜热为32.3 J/g。通过将VO/PU分散液浇铸在玻璃上制备VO/PU薄膜,这种方法成本低、操作简单、易于大规模合成。随着分散液黏度的增加,VO单层薄膜的ΔT从6.6%提高到14.5%,而T维持在50%以上。通过多次浇铸,得到VO三层薄膜,ΔT提升至20.0%。VO纳米颗粒在PU基体中良好的分散性和形成的孔隙结构是改善复合薄膜光学性能的主要原因。这种薄膜制备方法还能在柔性聚合物基底上制备VO薄膜,扩大了VO薄膜的应用范围。(2)通过掺钨降低VO的相变温度,研究钨掺杂浓度对于VO相变的影响。基于前面的制膜方法,制备相变温度接近室温的VO薄膜。以偏钨酸铵为掺杂剂,制备了掺钨浓度不同的VO粉体,掺钨相变温度的调控率可达18.42℃/at%。其中,掺钨1.0 at%的VO粉体相变温度为29.9℃,接近室温,有利于实际应用。但掺钨导致了VO薄膜的T和ΔT的下降。基于掺钨1.0 at%的VO粉体制备的单层薄膜,其ΔT为7.1%,三层薄膜的ΔT为11.7%。(3)使用改进的St?ber方法,对于水热合成的VO纳米颗粒表面包覆一层Si O,制备VO@Si O核壳纳米颗粒,并基于前面的制膜方法,制备VO@Si O薄膜,从而增强薄膜的抗氧化性。研究结果表明,与未包覆的VO薄膜相比,VO@Si O(0.4 m L TEOS制备)薄膜的T提高了13.6%,达到了58.6%,ΔT维持不变,同时抗氧化能力增强。VWO@Si O薄膜(0.8 m L TEOS制备)的T为56.0%,ΔT为10.1%,与未包覆的掺钨1.0 at%VO薄膜相比,T提高了20.7%,ΔT提高了24.5%。通过包覆Si O显著改善了掺杂样品的光学性能,同时增强了薄膜的抗氧化性,结合相变温度,制备的VWO@Si O薄膜有利于实际应用。(4)将ATO引入VO薄膜,进一步降低薄膜的红外透过率,提升薄膜的红外屏蔽性能。3%ATO/VO薄膜的T为18.2%,ΔT为6.3%。5%ATO/VO薄膜的T为38.5%,ΔT为5.1%。对于制备的薄膜进行了隔热测试。研究发现,与空白玻璃相比,VO薄膜的模型房室内温度上升更缓慢,稳定后低8.3℃。3%ATO/VO薄膜的模型房屋的稳定温度比VO薄膜低了3.1℃,5%ATO/VO薄膜则低了4.2℃。将ATO引入VO薄膜,提高了薄膜的红外屏蔽效果。

关键词：二氧化钒薄膜热致变色钨掺杂核壳结构

电荷密度波材料K_(0.3)_MoO_3及W掺杂样品的红外光学响应的研究

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物理学报 2002年第9期51卷 2113-2116页

作者：冯天王楠林陈兆甲田明亮张裕恒中国科学院理化技术研究所北京100080 中国科学院物理研究所北京100080 中国科技大学结构成分分析中心合肥230026

研究了准一维材料K0 3MoO3以及掺杂了 3%和 15 %的W的样品在TCDW =180K以上和以下的温度时的光反射谱和电导率谱 .在此基础上讨论了伴随着Peierls相变产生的相声子和单粒子能隙。

关键词：电荷密度波材料 K0.3MoO3 W掺杂红外光学响应 Peierlssh相变钨掺杂光反射谱电导率谱蓝青铜

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W掺杂二氧化钒的水热晶化机理及其相变性能

材料工程 2017年第11期45卷 58-65页

作者：李尧卢怡曹文斌北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 解放军306医院口腔科北京100101 北京科技大学天津学院天津301830

以硫酸氧钒为钒源,采用沉淀-胶溶法制备VO_2溶胶。然后向溶胶中加入偏钒酸铵,利用溶胶水热晶化制备出W掺杂二氧化钒(W-VO_2,M相)粉体。通过XRD,FESEM和DSC对合成产物的物相组成、形貌和相变性能进行研究。结果表明:在280℃条件下水热处... 详细信息

以硫酸氧钒为钒源,采用沉淀-胶溶法制备VO_2溶胶。然后向溶胶中加入偏钒酸铵,利用溶胶水热晶化制备出W掺杂二氧化钒(W-VO_2,M相)粉体。通过XRD,FESEM和DSC对合成产物的物相组成、形貌和相变性能进行研究。结果表明:在280℃条件下水热处理4~48h,VO_2溶胶经过水热晶化生成长约1~2μm、直径约100~200nm棒状W-VO_2(B)晶体,伴随着B相向M相晶型转变,W-VO_2(B)逐渐消溶,而W-VO_2(M)逐渐长大,形貌由棒状转变为片状或雪花状;W-VO_2(M)相变温度随着W掺杂量增加而降低,当名义掺杂量为6.0%(原子分数)时,相变温度降低到28℃。根据水热晶化和形貌演变过程,提出了W-VO_2(M)可能的"形核-生长-转化-熟化"形成机理。

关键词：二氧化钒水热合成相变温度钨掺杂

Zr、W共掺杂对LiNi0.88Co0.06Mn0.06O2形貌及电化学性能的影响

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无机化学学报 2020年第12期36卷 2289-2298页

作者：阮丁山林波胡国荣杜柯刘伟健陈希文许帅军罗翠苹缪建麟陈喜李长东中南大学冶金与环境学院长沙410083 广东邦普循环科技有限公司佛山528100

采用共沉淀法制备前驱体Ni0.88Co0.06Mn0.06(OH)2,经高温固相烧结合成一次颗粒分散良好的高镍三元材料,探索了氧化锆(ZrO2)与氧化钨(WO3)共掺杂对材料一次颗粒的形貌及电化学性能的影响。结果表明,Zr掺杂对LiNi0.88Co0.06Mn0.06O2(NCM-Z... 详细信息

采用共沉淀法制备前驱体Ni0.88Co0.06Mn0.06(OH)2,经高温固相烧结合成一次颗粒分散良好的高镍三元材料,探索了氧化锆(ZrO2)与氧化钨(WO3)共掺杂对材料一次颗粒的形貌及电化学性能的影响。结果表明,Zr掺杂对LiNi0.88Co0.06Mn0.06O2(NCM-Z)一次颗粒的尺寸影响不大,但可以改善材料的循环性能;而引入W形成Zr和W共掺杂后,获得的NCM-ZW一次颗粒明显变小,材料形貌从分散的一次颗粒变成二次颗粒团聚体,因此推测W可抑制晶体生长。为了进一步合成一次颗粒分散良好的Zr和W共掺杂正极材料,研究了烧结温度对一次颗粒生长的影响,最终在900℃下保温12 h,得到了一次颗粒分散良好的Zr和W共掺杂正极材料。XRD结果表明,900℃烧结的Zr和W共掺杂样品具有良好的层状结构与较低的阳离子混排度。该样品在0.1C下首次放电容量为203.7 mAh·g^-1;5C大倍率下容量可达151.2 mAh·g^-1,经过100周循环后,放电容量保持率为84.6%。

关键词：锂离子电池正极材料一次颗粒锆掺杂钨掺杂

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掺钨VO_2薄膜制备及其热致相变特性研究

稀有金属材料与工程 2008年第9期37卷 1648-1651页

作者：颜家振张月刘阳思张玉波黄婉霞涂铭旌四川大学四川成都610064

采用无机溶胶-凝胶法,以钨酸氨和V2O5的为原料在高温下共熔水淬实现钨掺杂,在云母片(001)表面制备W掺杂VO2薄膜。采用AFM、XPS、XRD分析了薄膜形貌和微观结构,利用FTIR检测薄膜在不同温度下的红外透过率,确定W掺杂薄膜的相变温度。结果... 详细信息

采用无机溶胶-凝胶法,以钨酸氨和V2O5的为原料在高温下共熔水淬实现钨掺杂,在云母片(001)表面制备W掺杂VO2薄膜。采用AFM、XPS、XRD分析了薄膜形貌和微观结构,利用FTIR检测薄膜在不同温度下的红外透过率,确定W掺杂薄膜的相变温度。结果表明,钨元素以W6+形式掺入VO2晶体,取代晶格中部分V原子。掺杂后VO2薄膜的半导体-金属相变温度明显下降,每掺入1%W6+,VO2薄膜相变温度下降19.8℃。当掺入W6+量为2.04%,其相变温度下降到28℃。

关键词：钨掺杂相变温度 VO2薄膜光学性质

新型可见光活性W掺杂LiInO_2光催化剂的制备及光催化性能（英文）

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硅酸盐学报 2016年第7期44卷 1019-1024页

作者：黄锻张世英张向超许第发许凯强湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 长沙学院生物工程与环境科学系长沙410003

选用与In元素离子半径相近的W为掺杂元素,采用溶胶–凝胶法制备了W掺杂的Li In O_2(W:Li In O_2)光催化剂,研究不同W掺杂量对W:Li In O_2样品光催化活性的影响,并探索其增强的可见光催化机理。结果表明:W^(6+)成功进入了Li In O_2晶格... 详细信息

选用与In元素离子半径相近的W为掺杂元素,采用溶胶–凝胶法制备了W掺杂的Li In O_2(W:Li In O_2)光催化剂,研究不同W掺杂量对W:Li In O_2样品光催化活性的影响,并探索其增强的可见光催化机理。结果表明:W^(6+)成功进入了Li In O_2晶格并部分取代了In^(3+),导致W:Li In O_2的光吸收边产生了明显的红移,禁带宽度由3.6 e V降至3.3 e V。当W掺杂量为6%(摩尔分数)时,W:Li In O_2表现出最高的可见光(λ>420 nm)光催化降解亚甲基蓝染料的活性,其降解率在90 min内达到了100%,远高于纯Li In O_2样品的57%。W:Li In O_2增强的可见光催化活性主要归因于W掺杂提高了催化剂对光的利用率以及促进了光生电子–空穴对的有效分离。

关键词：偏铟酸锂钨掺杂溶胶-凝胶法可见光

云母衬底上W掺杂VO_2薄膜的光学和变色性能研究

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功能材料 2010年第A2期41卷 334-335,338页

作者：罗蓉蓉黄婉霞何鹏蔡靖涵赵冬四川大学材料科学与工程学院四川成都610064

在云母衬底上采用溶胶-凝胶法制备了掺钨VO2薄膜,采用XRD、SEM、FT-IR和色差等检测手段,对掺杂薄膜物相、表面形貌、相变温度和热致变色性能进行分析。结果表明,掺钨后其相变温度降低到室温以下,并保持良好的红外透过率随温度变化性能;... 详细信息

在云母衬底上采用溶胶-凝胶法制备了掺钨VO2薄膜,采用XRD、SEM、FT-IR和色差等检测手段,对掺杂薄膜物相、表面形貌、相变温度和热致变色性能进行分析。结果表明,掺钨后其相变温度降低到室温以下,并保持良好的红外透过率随温度变化性能;相变前后颜色发生了改变,色差最大值为5.9。

关键词：二氧化钒薄膜变色钨掺杂

水热处理和钨添加对低钒催化剂高温脱硝性能的影响

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化工进展 2020年第4期39卷 1363-1370页

作者：刘雪松汪澜房晶瑞陈洪锋潘驰中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 绍兴文理学院化学化工学院浙江绍兴312000 绍兴市质量技术监督检测院浙江绍兴312300

利用真空过量浸渍法在TiO2和WO3-TiO2载体上负载0.5%钒(质量分数)制备了V2O5-TiO2(VTi)和V2O5/WO3-TiO2(VWTi)催化剂,并在含有10%(体积分数)水蒸气的空气氛下750℃水热处理24h得到处理态的VTi-A和VWTi-A催化剂。研究了水热老化和钨掺杂... 详细信息

利用真空过量浸渍法在TiO2和WO3-TiO2载体上负载0.5%钒(质量分数)制备了V2O5-TiO2(VTi)和V2O5/WO3-TiO2(VWTi)催化剂,并在含有10%(体积分数)水蒸气的空气氛下750℃水热处理24h得到处理态的VTi-A和VWTi-A催化剂。研究了水热老化和钨掺杂对催化剂脱硝效率的影响,并通过XRD、TEM、NH3-TPD、H2-TPR、XPS和Raman等表征方法对催化剂的结构和表面特性进行了表征分析。研究表明,水热处理和钨的协同作用使催化剂中产生更多的聚合态VOx和低价态钒(V^4++V^3+)。这两类活性物质所含有的氧物种具有较强SCR反应活性,可改善VWTi催化剂的高温脱硝性能,即使在酸性位数量减少的情况下仍有提升,这是低钒含量催化剂可满足燃气机组高温脱硝需求的主要原因。

关键词：水热处理钨掺杂选择性催化还原催化剂钒物种

钨掺杂介孔TiO2微球紫外光下降解罗丹明B的研究

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大连交通大学学报 2016年第3期 56-56页

作者：郑健田颖程国伟大连交通大学环境与化学工程学院

以钛酸四异丙酯为钛源,钨酸铵为钨源,通过水热法制备了W掺杂介孔TiO微球.所得样品用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮吸附、紫外可见漫反射等测试方法表征.以罗丹明B为目标降解物,考察了钨掺杂介孔TiO在紫外光下对罗丹明B的催化活性.... 详细信息

以钛酸四异丙酯为钛源,钨酸铵为钨源,通过水热法制备了W掺杂介孔TiO微球.所得样品用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮吸附、紫外可见漫反射等测试方法表征.以罗丹明B为目标降解物,考察了钨掺杂介孔TiO在紫外光下对罗丹明B的催化活性.结果表明,TiO微球平均孔径10 nm左右.钨掺杂对TiO微球结构与晶型没有影响,但是缩小了二氧化钛的光吸收范围,适量掺杂钨离子后,TiO吸收边产生蓝移,吸收波长从384 nm缩短为378 nm.钛钨摩尔比为0.2%的钨掺杂TiO活性最好,对罗丹明B降解率较未掺杂TiO提高约30%.

关键词：钨掺杂罗丹明 TiO2 介孔