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太阳光照射在物体表面时，物体主要吸收近红外光能量使其表面温度升高，而近红外光能量占太阳光总能量的50％。在夏季，阳光照射在物体表面时，表面温度可达70~80℃，此时需要反射红外光使物体表面温度降低；在冬季气温低时，需要透过红外光保温。即需要一种能在高温时反射红外光，而低温时透过红外光且能同时透射可见光的智能控温材料，从而节约能源和保护环境。

目前有很多关于太阳热反射隔热涂料方面的报道，但仅停留在寻找传统的低红外光吸收无机填料及其配用基础上，如钛白粉、氧化锌、硫酸钡、二氧化硅、铁黑、铁红、铁黄、滑石粉、玻璃微珠等，仅仅依赖于高分子成膜物质和传统无机材料反射红外光的性能上。其共同缺点是反射太阳红外光的效率不高，并且只有反射红外光的功能，而在低温下没有透射红外光的作用，起不到自动调节温度的作用。

二氧化钒（VO2）是一种在68℃附近具有相变功能的氧化物。可以设想，如果将具有相变功能的VO2粉体材料复合到基料中，再配以其他的颜填料，可以制成一种基于VO2的复合智能控温涂料。物体表面涂覆此种涂料后，当内部温度低的时候，红外光可进入内部；当温度升高到临界相变温度时，发生相变，此时红外光透过率降低，内部温度逐渐降低；当温度降到一定温度后，VO2发生逆相变，红外光透过率又增大，从而实现智能控温。可见，制备智能控温涂料的关键是制备具有相变功能的VO2粉体。

1·相变原理

在68℃时，VO2由低温的半导体、反铁磁、类似MoO2构型的畸变金红石型结构单斜相迅速转变到高温态的金属、顺磁、金红石型结构四方相，内部V-V共价键变为金属键，呈现金属态，自由电子的导电作用急剧增强，光学特性发生明显的变化。在温度高于相变点时，VO2呈金属态，可见光区域保持透明，红外光区域高反射，太阳辐射的红外光部分被遮挡在室外，对红外光的透过率小；在温度低于相变点时，VO2呈半导体态，从可见光到红外光区域呈中等程度透明，允许大部分太阳辐射（包括可见光和红外光）进入室内，透过率大，而且这种变化是可逆的。

对实际应用而言，68℃的相变温度还是太高，如何使相变温度降低到室温是大家关心的一个问题。目前降低相变温度最直接的办法就是掺杂。掺杂能改变相变温度，基本的解释为：金属半导体相变是由于晶格中心钒原子偏离氧八面体空隙的中心位置，当用原子半径较大的离子取代钒时，八面体内没有多余的空间可让取代原子偏离中心，从而稳定了VO2的金属相；

其次，取代原子的多余电荷使半导体相的禁带宽度减小，电子能比较容易跃迁，因而在低于VO2相变温度的条件下，掺杂样品就发生了由半导体相向金属相的转变；再次，V4+-V4+同极结合，使VO2呈现半导体性质，掺杂离子可使V4+-V4+同极结合键减少，半导体相变得不稳定，导致相变温度降低。
2·VO2及其掺杂粉体的研究现状

目前，关于制备VO2的研究主要集中在薄膜制备工艺方面，具体的方法包括反应溅射、反应蒸镀、化学气相沉积、溶胶凝胶法（Sol-gel）、脉冲激光剥蚀等，但这些方法存在着设备昂贵、工艺参数控制复杂、工艺稳定性差或沉积速率低、成膜面积小、不适合批量生产等局限性。相比而言，VO2粉末材料的制备则具有成本低、生产效率高的优势。研究发现，细粒度的VO2粉体材料可显著减小相变应力，且电阻突变量和光透过率均增加。与薄膜材料相比，VO2粉体材料具有更广阔的应用领域。

国外制造设备先进，制得的VO2粉末质量稳定，粒径分布好。日本、美国等国家已经实现了产业化，并且已将VO2粉体作为太阳能温控材料，创造了很高的经济效益和社会效益。我国在超细粉末的研究领域与发达国家相比，差距很大，并且VO2超细粉末的研究近几年才刚刚兴起。

2.1VO2粉体的研究现状

Takel等人选用H2和N2混合气体作为保护性气氛，800℃水解VOCl3，制得VO2超细粉末。Kimizuka在CO2气氛中用白金坩锅加热V2O5到1227℃，保持3d，制得VO2粉末。ValmaletteJC在N2气氛中，先在380℃热解［（NH4）2V6］16，制得亚稳态的VO（2B），然后在氩气保护下，于450℃热分解处理后制得VO（2R）粉体。在ValmaletteJC的另一项专利中，采用钒的草酸盐为母体，在450℃、氩气的保护下，热分解制得纳米VO2粉体。Lawton等人用H2-N2混合气流在≥1000K下喷雾热解VOSO4稀溶液，制得粒径<1μm的VO2粉体，并且通过热解VOSO4和WO2Cl2或MoO2Cl2混合液，实现VO2的化学掺杂。TSang等人通过K3VO4溶液与KBH4溶液进行缓慢的化学反应，制得悬浊液，经过滤，水洗，干燥，真空热处理，制得纳米级VO2粉体。Toshiyuki等人采用VOCl3气体，以CO2激光器为激光源，用激光诱导气相反应法，合成<100nm的VO2粉体。

中国专利CN1522965A公开了一种B相二氧化钒纳米棒通过流变相反应与自组装过程相结合的制备方法。中国专利CN1587065A公开了一种用浓度20%~40%（质量分数）H2O2水溶液，使二氧化钒纳米棒由B相向M相转变的处理方法。中国专利CN1935909A公开了一种以（NaPO3）6为分散剂，制备平均粒径70nm的稳定VO2粉体悬浮液的方法。中国专利CN1986125A公开了一种将原料V2O5粉末分散到足量的有机溶剂中后，加入到反应器中，借助反应釜的高温高压制备VO2粉末的方法。

尹大川等人通过使K3VO4溶液与KBH4溶液进行缓慢化学反应，并结合真空热处理，制得纳米级VO2粉末。郑臣谋等人通过合成母体（NH4）［5（VO）（6CO3）4（OH）9］·10H2O，并结合真空热处理，成功地合成了VO2超细粉末。