本發(fā)明屬于紅外探測(cè)器熱敏薄膜制備，具體涉及一種陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氧化釩是一種具有從低溫絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亟饘賾B(tài)可逆相變特殊性質(zhì)的過(guò)渡金屬氧化物。相較于其他價(jià)態(tài)的釩氧化物，氧化釩的絕緣-金屬相轉(zhuǎn)變溫度更接近室溫(約為340k)，同時(shí)在發(fā)生相變的過(guò)程中，其伴隨著紅外透射率、電阻率等光學(xué)及電學(xué)性能的突變。因此，基于該重要特性，氧化釩近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于紅外溫度傳感器熱敏薄膜、變色玻璃與智能控溫涂層制造、兩端及三端電子開(kāi)關(guān)研發(fā)等眾多關(guān)鍵領(lǐng)域。

2、盡管氧化釩具備優(yōu)異的相轉(zhuǎn)變特性，但其相變溫度仍與室溫偏差較大且十分單一，導(dǎo)致應(yīng)用場(chǎng)景范圍大受限制。因此，國(guó)內(nèi)外近年來(lái)開(kāi)展了眾多與誘導(dǎo)調(diào)控氧化釩相變行為相關(guān)的研究。熱場(chǎng)、電場(chǎng)與應(yīng)力等外界物理環(huán)境誘導(dǎo)以及摻雜、空位引入和離子注入等化學(xué)改性手段均有利于促進(jìn)氧化釩的相變過(guò)程，并改善其相轉(zhuǎn)變溫度。其中，摻雜改性是目前應(yīng)用最廣泛、效果最顯著的化學(xué)誘導(dǎo)方法，主要通過(guò)引入高、低價(jià)態(tài)陽(yáng)離子或陰離子調(diào)控四價(jià)釩離子的dⅱ軌道分裂間隙，進(jìn)而在一定程度上提高或降低材料相轉(zhuǎn)變溫度。此外，摻雜方法還能夠改善氧化釩的溫度電阻系數(shù)tcr，使其更有效地應(yīng)用于熱敏薄膜層材料。目前的氧化釩摻雜改性研究主要存在以下問(wèn)題：一是摻雜離子種類(lèi)和方式單一，通常僅將一種金屬陽(yáng)離子如：鈮離子、鎢離子引入氧化釩；二是在摻雜源的選擇及制備上創(chuàng)新性不強(qiáng)。因此，氧化釩的摻雜改性研究仍有很大的創(chuàng)新和發(fā)展空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法。

4、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案，包括，

5、將草酸和五氧化二釩混合溶于去離子水中，水浴加熱，得到草酸氧釩溶液；

6、將鎢離子摻雜源和氟離子摻雜源溶于草酸氧釩溶液中，得到的混合溶液，放入具有襯底的反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后取出襯底，得到改性氧化釩薄膜；

7、將改性氧化釩薄膜清洗、吹干、退火后，即可得到陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜。

8、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述草酸和五氧化二釩的摩爾比為10～20：1。

9、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述水浴加熱，其中，水浴的溫度為65～85℃，水浴時(shí)間為1～3h。

10、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述鎢摻雜源中的鎢原子與五氧化二釩中的釩原子的摩爾比為1：5～1：15，所述氟摻雜源中的氟原子與五氧化二釩中的氧原子的摩爾比為1：5～1：15。

11、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述鎢摻雜源包括鎢酸銨、鎢酸鈉、偏鎢酸鈉、仲鎢酸鉀中的一種或多種；所述氟摻雜源包括氟硼酸鈉、氟化銨、氟化鈉、氟化鉀中的一種或多種。

12、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述襯底包括重?fù)诫s硅襯底、輕摻雜硅襯底、雙拋藍(lán)寶石襯底或多孔碳柔性襯底中的一種。

13、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述水熱反應(yīng)，其中，反應(yīng)溫度為200～300℃，反應(yīng)時(shí)間為4～8h。

14、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述退火，其中，退火的氛圍為0.5～1.5kpa的空氣氣氛，退火溫度為400～500℃，退火時(shí)間為20～40s。

15、作為本發(fā)明所述陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法一種優(yōu)選方案，其中：所述吹干為采用氮?dú)獯蹈伞?/p>

16、本發(fā)明再一的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜。

17、本發(fā)明再一的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜在非制冷型紅外探測(cè)芯片熱敏薄膜制備上的應(yīng)用。

18、本發(fā)明有益效果：

19、(1)摻雜抑制氧化釩晶體的生長(zhǎng)，晶粒尺寸減小從而降低表面粗糙度。

20、(2)由金屬相向絕緣相轉(zhuǎn)變的臨界溫度值降低，且具有更合適的室溫方塊電阻值與更高的溫度電阻系數(shù)，有利于擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域及工作溫度范圍。

技術(shù)特征：

1.一種陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述草酸和五氧化二釩的摩爾比為10～20：1。

3.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述水浴加熱，其中，水浴的溫度為65～85℃，水浴時(shí)間為1～3h。

4.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述鎢摻雜源中的鎢原子與五氧化二釩中的釩原子的摩爾比為1：5～15，所述氟摻雜源中的氟原子與五氧化二釩中的氧原子的摩爾比為1：5～15。

5.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述鎢摻雜源包括鎢酸銨、鎢酸鈉、偏鎢酸鈉、仲鎢酸鉀中的一種或多種；所述氟摻雜源包括氟硼酸鈉、氟化銨、氟化鈉、氟化鉀中的一種或多種。

6.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述襯底包括重?fù)诫s硅襯底、輕摻雜硅襯底、雙拋藍(lán)寶石襯底或多孔碳柔性襯底中的一種。

7.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)，其中，反應(yīng)溫度為200～300℃，反應(yīng)時(shí)間為4～8h。

8.如權(quán)利要求1所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于：所述退火，其中，退火的氛圍為0.5～1.5kpa的空氣氣氛，退火溫度為400～500℃，退火時(shí)間為20～40s。

9.如權(quán)利要求1～8任一所述制備方法制備得到的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜。

10.如權(quán)利要求9所述的陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜在非制冷型紅外探測(cè)芯片熱敏薄膜制備上的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種陰、陽(yáng)離子混合摻雜的改性氧化釩薄膜及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的方法能夠摻雜抑制氧化釩晶體的生長(zhǎng)，晶粒尺寸減小從而降低表面粗糙度。制備得到的改性氧化釩薄膜由金屬相向絕緣相轉(zhuǎn)變的臨界溫度值降低，且具有更合適的室溫方塊電阻值與更高的溫度電阻系數(shù)，有利于擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域及工作溫度范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：金慶忍,周柯,盧柏樺,莫枝閱,廖文濤,覃思
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21