氧化钨的调控制备及其在功能纤维方向的应用

发布时间：2020-05-09 19:52

【摘要】：氧化钨(WO3)是一种低成本、多功能,拥有电致变色、光催化、光致变色、气敏性能以及信息存储等多种性能的半导体材料。近几年来,纳米氧化钨材料由于纳米效应,导致其具备的性能得到大幅度提升,受到人们越来越多的研究。本课题采用水热法制备了具备光变色性能纳米氧化钨材料。研究了光变色纳米材料的制备工艺、形貌结构以及光致变色性能。同时利用制备的光变色材料,采用湿法纺丝工艺和涂层方法制备了光致变色纤维和织物。另外也利用静电纺丝法制备了一维结构的聚氧化乙烯/氧化钨复合前躯体纳米纤维。通过煅烧的方式制备了氧化钨纳米纤维,探究了其对有机物罗丹明B的光催化降解性能。主要的研究工作如下:以钨酸钠二水化合物作为钨的来源,草酸作为辅助剂,硫酸钾作为诱导剂,合成制备了氧化钨纳米片,尺寸大小在500 nm左右,其在紫外的辐射作用下能迅速的发生颜色的变化。在紫外光照下,1 min内氧化钨颜色由黄色变为蓝色,5 min内逐渐加深,且着色后的氧化钨在红外加热的过程中,会慢慢的恢复到原来的状态。表明了制备的氧化钨光致变色材料具有可逆的效果。5 min内颜色开始变浅,30 min后颜色开始变黄,2 h后样品基本恢复到原来的初始状态。在制备光致变色纤维的实验过程中,选取了两种方案:一种是将PVA与氧化钨混合均匀采用湿法纺丝的方法制备PVA/WO3复合长丝,另一种是将PVA/WO3涂层液涂层整理到棉纱线上制备光变色纱线。所制备的复合长丝或纱线都具备在紫外光的诱导下发生颜色的变化。制备的复合长丝的强力偏低,容易断,强力为16 c N左右。制备的光致变色纱线具备良好的光致变色可逆性能,在紫外光照条件下其反射光谱从~38%降低到~19%,通过红外加热能再恢复到~36%。制备的光致变纱线经过水洗后仍然具有光致变色的能力,其力学强度达到~12N,可以用来编织各种有趣的织物。在利用静电纺丝方法制备氧化钨纳米纤维应用于有机物催化降解的实验中,450℃温度下制备的氧化钨纳米纤维在72 W、254 nm波长的紫外灯下对罗丹明的降解效率可达63%。综上所述,以水热法制备的变色粉体材料成功的与纤维纱线相结合,制备出具有光致变色功能的无机变色纱线,扩展了氧化钨在纤维/纱线方面的应用。同时探索出一种基于无机光变色材料制备大量光变色纤维的可靠方法。成功探究了用静电纺制备无机纳米纤维的工艺,研究了其对有机物的催化降解效率。这对采用无毒材料宏量制备无机纳米纤维应用于水污染的治理有一定的指导意义。
【图文】：

模型图,晶胞,模型

图 1-1 WO3的晶胞模型在钨氧结构中，由于缺失了许多的氧原子，导致其晶体构成发生相变，除WO6八面体共定点连接方法外，还产生了 WO6八面体共棱边的连接构成 WO3-x体，相应的电子能带结构和晶体性质都表现出很大的差别。在液相生长环境下WO3从其水合物或钨酸结构中脱水生出，当晶体结构中结晶水分子产生不同程度脱状态情况时，将产生含结晶水不同比重的 WO3·（2-x）H2O，，很常见的依次WO3·2H2O、WO3·H2O、WO3·0.5H2和 WO3· 0.33H2O[16]。严格地满足化学计量的且没有任何杂质的三氧化钨，是一种无色且透亮的缘体[17]。不满足化学计量比的，其颜色、电学性质都随着氧含量的变化而会有不同。氧化钨常被用来制作电致变色器件。电致变色作用的原理：通过对材料可逆入外部离子或电子导致 W6+离子 W5+离子，进而使材料变色和褪色的目的[18]。赵[19]

气相法,纳米线,三维结构

图 1-2 气相法生长三维结构 WO3纳米线种方法中，加热可以通过电阻舟或通过反应坩埚、电子束，有沉积的基材并且在为加热的条件下衬底温度能保持几百度。由生蒸发。通过这种蒸发沉积技术可以制备出良好的电致变色薄以将衬底放置在更靠近蒸汽源的位置来提高薄膜生成速率。在汽源不含任何单个原子。但它包含分子性质。主要成分是 W3O验的条件[27]。沉积速率在 4-5 埃/秒，沉积的角度随着行星旋转基底的温度在 110℃保持 5min 后，通常保持在 80℃。在氮气的保持在 5-6.6x10-2Pa。通过电子衍射，制备的氧化钨为非晶态。积密度和重量为 38 g/cm3[28]。umar 等[29]人利用电子束沉积，研究了氧化钨薄膜在不同衬底情况。实验表明，通过增加温度来使得氧化钨从非晶态向晶态[30]
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ136.13;TQ342.8

【参考文献】