还原五氧化二钒制备钒的低价氧化物

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1、摘要向从Motl提m了“金属——绝缘体／半导体”相变(MIPT,MSPT)以来，具有这种相变的材料就成为材料科学研究的热点。这些材料中，最引人注目的是钒的低价氧化物，尤其二氧化钒(V02)gHlZ氧化二钒(V203)，它们是最典型的具有MIPT的材料。当温度改变时，一氧化钒和i氧化二钒发牛相变，即原子的排列方式发生变化。这些柏变伴随着材料磁、电、光学性能卜的相当町观的突变，使得用二氧化钒和三氧化二钒制造各种电了、光学器件如限流元件、热敏器件和智能窗涂层等应用材料成为可能。因此，最近几年来，世界上又掀起厂一股研究二氧

2、化钒和一-氧化■钒掺杂的复合材料的热潮。本文以高纯度的五氧化二钒粉末为原料，用还原反应制备所需的二氧化钒和三氧化：钒。其中，三氧化二钒是通过氢气直接还原五氧化二钒来生成的。而制各二氧化钒的方法有如卜儿种：1)氢气直接还原五氧化二钒。2)碳(炭黑或石墨)以一定的摩尔比混和五氧化二钒在惰性气体保护下还原。3)铜做还原剂还原五氧化二钒。另外，本文也尝试，在惰性气体保护下直接热解五氧化二钒的方法。本文主要采用了XRD、DSC／TGA和阻温测试的测试手段。其中，XRD崩来分析生成物的相结构，DSCfFGA的分析结果用来推测反

3、应历程。最后，将制成的钒氧化物与LAS玻璃复合烧结成陶瓷，对其进行阻温测试，来确定制各的二氧化钒和三氧化二钒确具有期颦的MIPT效应。根据XRD分析的结果，随着反应温度的不同，氧气还原五氧化二钒可以生成VeO‰V02，V30s，V203等多种低价氧化物，而制备纯化学计量比的三氧化_钒的理想条件是：在纯的干燥氢气中，将五氧化二钒加热到600。C保温3h，然后升温到900．1000。C继续保温5h，最后随炉冷却。炭黑和石墨还原效果相似，但它们还原五氧化■钒的最终产物分别是二氧化钒和五氧化三钒，制备二氧化钒理想条件是：在

4、氮气／氩气保护下，将炭黑和五氧化■钒的混和粉末(C：v205=l：2)加热到600。C处理3h，然后升温到800．850。C热处理5h，最终随炉冷却。铜还原会产生不可分离的杂质，冈此不是制各低价钒氧化物的理想还原剂。1II根据DSC／TGA分析，五氧化二钒还原的顺序是：V205一V6013一v02一v305一v203，对于不同的还原剂，还原的最终产物不同。阻温测试的结果表明，所制得的三氧化二钒和二氧化钒均具有明显的热敏相变效应，并伴随着电阻的突变。ABSTRACTMaterialsexhibitingmetal。i

5、nsulator／semiconductorphasetransitions(MIPT／MSPTforshort，alsoMoltphasetransitionandMPT)havebeenextensivelystudiedeversinceMortsuggestedthepossibili好'ofthismany‘bo母phenomenonThematerialswhichhavereceivedmostattentionarelowvalencedvanadiumoxides，inparticularvana

6、dlumdioxideV02(alsoV204)andvanadiumsesquioxideV：03V02JV203undergoingMIPToncooling／heatingaccompaniedbylatticedistortionsandfantasticchangesinmagneticsusceptibility，electricalresistivityandopticalpropertiesareofinterestforproducingstarting—currentlimiters，therm

7、istors，thermochromicwindowcoatingsandSOonThatiswhylatelytherehasbeenmuchinterestinsynthesizingandcharacterizingnewvanadiumoxidesdopedcomposites(forinstance，ceramics，polymers，glasses)Inthisthesis．V02andV203werepreparedbythereductionreactionTheV20spowderofahighp

8、urityWasusedasastartingmaterialInitially．vanadiumoxideV203WaspreparedthroughdirectreductionusinghighpuntyhydrogenVanadiumoxideV02Waspreparedbvseveralmethodsasfollows1)Directlyreduc