二氧化釩低溫相變之秘技

二氧化釩（VO₂）作為一種相變化合物，在68℃附近會發生從高溫四方相到低溫單斜相的轉變，該相變發生在納秒數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，二氧化釩在智慧窗材料、光存儲、光電開關以及紅外輻射探測器等方面具有廣泛的應用前景。

研究表明：VO₂的相變溫度Tc可以通過摻入一些原子（如：Mo、W、F等）進行調節，特別是通過摻雜方式加入高價金屬離子後可降低VO₂相變溫度，擴大VO₂使用範圍。現已報導的有關摻雜二氧化釩材料及其製備方法主要集中在薄膜和粉體製備兩個方面，其中VO₂薄膜的製備方法有化學氣相沉積法，反應蒸鍍法、磁控濺射法、雷射脈衝沉積法、溶膠-凝膠法等，而VO₂粉體製備方法主要包括熱解法、水熱合成法、真空還原法，噴霧熱分解VOSO4等。但這些方法都存在著原料昂貴，過程複雜且不易控制從而導致二氧化釩呈現多晶型和混合價態的等純度不高等不足。

為了滿足工業化生產特種功能材料的要求，有學者提出一種經濟高效的摻雜鎢的二氧化釩粉體的製備方法：

將5gV₂O₅粉末、0.165gC粉混合後在混料機上混合4h後，裝入預先清洗乾淨的Al₂O₃反應容器中，然後將其放入管式燒結爐內。管式燒結爐一端通入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後打開管式燒結爐加熱開關，開始加熱，升溫速率為40℃左右，在700℃下保溫3h，然後繼續升溫至850℃，保溫5h後，隨爐冷卻，當爐溫降至100℃附近時關閉通氣閥。XRD分析結果表明，還原產物為單斜相VO₂，純度較高。產物相變點在67.04℃附近，與單斜相VO₂的相變溫度68℃吻合較好。

上述工藝的原材料是V₂O₅、C和WO₃，價格低廉、容易獲得且運輸、貯藏和使用都很方便，所用的設備是可以通入保護氣體的電阻燒結爐。對於氣體流量和升溫速率等工藝參數可以通過流量計和控溫儀錶進行智慧操作，因而整個工藝過程簡單，對設備要求低，投資小，能耗低，易於大批量生產，有利於商業化。

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