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中国是个能源消耗的大国,其中建筑能耗占据了很大的一部分。而推广使用节能窗可以有效地降低建筑能源消耗。与其他类型的节能窗相比,VO2热致变色节能窗具有结构简单、成本低廉、光调解效率高、全自动光热调控等显著优点。然而,VO2贴膜材料暴露于高温、高湿、氧化氛围下时,+4价的钒易被氧化成为+5价,而失去热致变色性能。解决VO2稳定性不足、耐候性差的问题,目前采用的主要方法是利用core-shell结构对核进行包覆保护,隔绝水分、氧气和温度对VO2的影响。有研究人员探索了SiO2,TiO2对于二氧化钒粉体的包覆情况,研究了其光学性能、耐酸性等。然而并未有文献系统地探究过壳材料对VO2耐候性的影响。根据前期调研,氧化铝在实现对核材料致密包覆的同时,对核材料的光学性能影响小。因此,本研究创新地将氧化铝材料应用于二氧化钒粉体的包覆当中,并首次研究了粉体的耐高温高湿性能(温度60℃,湿度90%)。 实验研究了二氧化钒及其复合粉体的制备,并进行了耐候性对比实验。利用V2O5还原法得到粒度均一的VO2纳米粉体。将VO2分散于水溶液中,通过添加铝源和沉淀剂形成包覆层,退火后得到致密的氧化铝包覆层。实验: (1)比较了粉体的抗氧化性,将裸粉和复合粉体在空气中加热至不同温度,XRD表明VO2裸粉在300℃被氧化成为V2O5,而氧化铝保护的VO2核在350℃仍然保持稳定。该实验说明了氧化铝壳能够有效隔绝VO2核与空气的接触。 (2)比较了粉体的耐水性,二氧化钒容易与双氧水发生反应,从而由黑色转变为黄色。将等量的VO2裸粉和氧化铝包覆复合粉体分散于双氧水溶液中,发现VO2/H2O2溶液于10min后变黄,而复合粉体在H2O2中仍能保持60min。实验证明了复合粉体良好的抗水性,壳层包覆的完整性。 (3)将不同粉体制成薄膜后,其置于高温高湿箱中(T=60℃、H=60%)加速其老化,并测试其光学性能的变化。数据证明,与二氧化钒薄膜在老化3天后其调光性能基本丧失相比,氧化铝包覆复合粉体的薄膜耐高温高湿性能提高至20天,稳定性显著增强。 实验还探究了VO2粉体在高温高湿环境下的失效机理。结合DSC测试和XPS测试,发现二氧化钒颗粒失效始于表面。粒子表面的V4+先被氧化成V5+,并失效逐步向内层扩散。通过这一研究,从理论上证明了包覆的方法能有效地提高VO2纳米粉体的耐候性能。