新型纳米氧化钨近红外吸收性能

采用化学沉淀法制备纳米氧化钨粉体,并用氢氮混合气对其进行还原处理,分析了还原处理温度对氧化钨化学组成的影响,用X射线粉末衍射仪表征了纳米氧化钨粒子的晶相与化学组成,采用扫描电子显微镜观察了该粒子还原处理前后的晶相形貌,并测定了由该纳米颗粒还原前后制得的胶状液体从可见光到近红外波长范围内的吸收光谱和透过光谱。研究表明:还原后的氧化钨纳米粒子对1400~1600nm和1900~2200nm波段的近红外光具有显著的吸收增强效应,同时对可见光具有很高的透过性,这种具有特殊光学吸收特性的纳米氧化钨可望在新型太阳能热屏蔽器件的设计中得到应用。

随着科学技术和社会生产高速发展,节能和环保成为全世界的焦点。普通玻璃对太阳光谱的透过选择性不高,因而在可见光透过的同时,位于近红外光区的热量也随之大量地透过,引起室内温度升高,使空调等降温设备的负担加重,带来能源的浪费,并有逐年增长的趋势。因此,探究新型的环保型热屏蔽材料始终是研究者追逐的目标,这些材料对可见光具有较高透过性,同时能有效地屏蔽太

阳光中的近红外线。目前主要应用的透明热隔离材料有热反射玻璃和低辐射玻璃,前者实现对近红外的高反射来达到目的,后者通过高反射室内热量的中远红外来达到隔热效果。但两者的制备过程复杂且昂贵,其中热反射玻璃还有易致“光污染”等缺陷。

纳米氧化钨是一种具有催化、隐形特性、电致变色性、气致变色、光致变色、气敏、超导等诸多特性的多功能半导体功能材料。尽管到目前为止,对有关氧化钨纳米粒子的电学性能、气敏特性及其光催化性能等有较多研究,但对氧化钨纳米粒子及其复合半导体纳米粒子的光学性能还鲜。

氧化钨半导体的禁带宽度为2.6~2.8eV,因此,具有比较短的截止波长(约为460nm)。大量的研究表明,半导体材料的表面等离子共振能对特定波长的光产生吸收。对氧化钨纳米粒子进行一定的还原处理或增加第三相阳离子,能够在其表面积聚大量的自由电子,从而使其具有等离子共振吸收近红外光的特性。由于氧化钨在缺氧条件下能生成稳定的Magneli相,以及在引入阳离子时能形成稳定的立方与六方钨青铜矿结构。因此,当通过还原处理后能引入大量自由电子时,氧化钨及其复合物仍然具有稳定的结构和物化性能,并在长时间阳光照射下能保持吸收性能的稳定。同时,由于纳米氧化钨粒子的大小远小于可见光波长,能保持对可见光的透明性。

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