智能红外调控纳米材料体系设计

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目前,全球日益紧张的能源危机和环境问题(尤其是建筑节能),为跨越物理、化学、材料科学等重大学科的交叉,以及纳米技术、节能技术和工程技术等重要新老学科的融合提供了有利时机。智能节能纳米复合材料就是从这一高新层次起步的重大研究方向。智能节能材料由于材料自身对外界环境响应的机敏特性,通过纳米材料结构和功能的复合、协同,可以实现符合节能需求(特别是建筑节能需求)的外场因素(特别是温场)控制的光、热响应智能节能系统。本文主要采用热致变色材料和光-热转换材料的功能协同和界面耦合作用,制备复合纳米体系的热致变色智能窗。主要研究内容如下:一.二氧化钒拥有有四方相VO2(M)、金红石相VO2(R)、亚稳态单斜相VO2(B)和VO2(A)等众多物相。本论文探索不同的实验方法,通过一种简单醇水体系水热反应方法合成由许多纳米片相互交错构建的三维花状VO2(B)分级纳米结构,尺寸分布为2-5μm。乙二醇作为溶剂,在反应过程中不仅作为还原剂,而且对于三维分级结构形貌的形成有着显著的影响。VO2(B)分级结构的生长机制是基于快速成核-生长的动力学过程。反应温度低不利于花状VO(2B)分级结构的形成。不同的醇水比条件下,对于反应过程中的水解、还原、缩聚都有重要影响。具有不同羟基数的醇对于产物形貌有着显著影响。三维分级结构的VO2(B)在电化学方向有着重要的应用价值。这种简单、经济和新颖的合成方法,可以扩展到合成其他新颖形貌的金属氧化物材料。另外,本实验通过简单的空气氛围下低温煅烧方法制备VO2(M)纳米颗粒,具有较高的产率、良好的结晶性和优异的热致变色能力。为VO2(M)的制备提供了一个大面积、低成本制备的方法。二.通过调控实验反应条件,实现不同形貌的PbS可控制备。PbS纳米立方体通过几分钟的反应就能够获得,并且产物具有规则的形貌和良好的结晶性,其粒径大小为50-80nm。通过改变醋酸铅的浓度,得到不同形貌的PbS纳米晶体,醋酸铅浓度为20mM时得到纳米PbS八面体,尺寸分布为140-170nm。增加反应体系中醋酸铅至25mM,得到六角星形结构PbS纳米晶。利用紫外可见近红外分光光度计证明纳米PbS具有优于PbS块材和碳球的光吸收性能。通过流延成膜的方法制备了PVA-PbS-VO2(M)复合薄膜,利用275W卤素灯模拟太阳光照射,通过热红外相机成像,表明PVA-PbS-VO2(M)复合薄膜能够达到VO2(M)的相变温度。通过DSC分析PVA-PbS-VO2(M)复合薄膜的热学性质,PVA-PbS-VO2(M)复合薄膜中能够表现出VO2(M)可逆金属-绝缘体相变过程。
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