1314-35-8 / 氧化鎢的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

氧化鎢又名鎢華，化學(xué)式WO₃。淡黃色斜方晶體，受熱時(shí)顏色加深，冷卻后又恢復(fù)為淡黃?？諝庵蟹€(wěn)定，熔點(diǎn)為1473℃，沸點(diǎn)高于1750℃，相對(duì)密度為7。16。不溶于水和除氫氟酸外的無(wú)機(jī)酸，能溶于熱濃氫氧化鈉溶液和氨水。氧化鎢既是一種n 型半導(dǎo)體材料，也是一種“d0‘’ 氧化物，這種雙重身份使其同時(shí)具備諸多特點(diǎn)。它雖然常以非晶、單斜、六方等多種形態(tài)存在，但其主體框架均由鎢氧八面體首尾相連構(gòu)成。

根據(jù)晶型和周?chē)h(huán)境的不同，八面體單元會(huì)發(fā)生傾斜、旋轉(zhuǎn)等不同方式的畸變，同時(shí)還伴隨著鎢偏離八面體體心的現(xiàn)象。氧空位的存在，會(huì)對(duì)晶胞、鍵長(zhǎng)、電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響，導(dǎo)致電荷分布、能隙、化學(xué)計(jì)量比等發(fā)生改變。此外，在它的空間骨架中，由鎢氧八面體所圍成的孔隙可嵌入尺寸較小的陽(yáng)離子，形成鎢青銅。這一過(guò)程除了顯現(xiàn)出導(dǎo)電性能的增強(qiáng)外，還會(huì)使一些晶型出現(xiàn)諸如“單斜!四方!立方” 的對(duì)稱(chēng)性不斷高的構(gòu)型轉(zhuǎn)變。

這些特殊屬性使氧化鎢同時(shí)具有催化、光學(xué)和電學(xué)特性，可有望被應(yīng)用于水的光分解、二次鋰電池、氣體傳感器等多個(gè)領(lǐng)域。值得注意的是，氧化鎢與鎢青銅的可逆轉(zhuǎn)變過(guò)程還總伴隨著內(nèi)部電子的轉(zhuǎn)移和鎢化合價(jià)的改變，從而引發(fā)變色反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)透過(guò)光的可控調(diào)節(jié)。這一特性最初于1969 年發(fā)現(xiàn)并在之后被廣泛應(yīng)用于智能窗、汽車(chē)后視鏡、大面積信息顯示屏等電致變色領(lǐng)域。

著色狀態(tài)下的氧化鎢呈現(xiàn)深藍(lán)色，由于顏色較為柔和且隔光性能較好，適用于日常家居使用。此外，晶態(tài)的氧化鎢在變色后對(duì)紅外也有較高的反射率，可達(dá)到與低輻射玻璃類(lèi)似的隔熱保溫效果，從而有助于降低室內(nèi)能耗。作為一種新型功能材料，氧化鎢具有生產(chǎn)成本低、易合成、低能耗、廣視角、著色效率高、色彩對(duì)比度強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好等諸多特點(diǎn)，這些都使其一度為電致變色領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)^[2]

氧化鎢常以非晶、單斜、六方等多種形態(tài)存在，結(jié)構(gòu)如下：

應(yīng)用^[1][3][4]

氧化鎢主要用于制造金屬鎢（高溫用氫氣等還原劑還原），還用于制作硬質(zhì)鎢鐵合金、防火織物、壓電陶瓷和X射線(xiàn)屏等。也可用做陶瓷釉料的著色劑和分析試劑。其應(yīng)用舉例如下：

1. 制備一種具有紅外阻隔功能的氧化鎢薄膜。

所述具有紅外阻隔功能的氧化鎢薄膜包括基體、形成在基體上的由結(jié)晶態(tài)氧化鎢和非晶態(tài)氧化鎢混合組成的氧化鎢薄膜以及形成在所述氧化鎢薄膜表面上的第一保護(hù)層，所述氧化鎢薄膜中鎢元素的價(jià)態(tài)組成包括+6價(jià)鎢離子和+5價(jià)鎢離子。

本發(fā)明所述具有紅外阻隔功能的氧化鎢薄膜包括基體、形成在基體上的由結(jié)晶態(tài)氧化鎢和非晶態(tài)氧化鎢混合組成的氧化鎢薄膜以及形成在所述氧化鎢薄膜表面上的第一保護(hù)層，晶態(tài)氧化鎢主要對(duì)1500nm以上的紅外光有很好的屏蔽效果，而非晶態(tài)氧化鎢對(duì)900-1200nm的紅外光有很好的屏蔽效果。

2. 用于一種氧化鎢納米線(xiàn)及氧化鎢納米線(xiàn)氣敏傳感器。

將鎢酸鈉溶于去離子水中配制成鎢酸鈉溶液；緩慢滴加鹽酸形成淡黃色膠束溶液，離心分離；產(chǎn)物均勻分散到硫酸鉀溶液中，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，即制得所述氧化鎢納米線(xiàn)。在所述氧化鎢納米線(xiàn)中添加粘合劑及玻璃料；元件燒結(jié)；元件老化制得氧化鎢納米線(xiàn)氣敏傳感器。

本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單，制備過(guò)程中的工藝參數(shù)容易控制，整個(gè)制備過(guò)程的能源消耗非常少，所制備的氧化鎢納米線(xiàn)具有大的比表面積和較高的熱穩(wěn)定性，氧化鎢納米線(xiàn)氣敏傳感器對(duì)低濃度(1~100ppm)H2、CO和NH3具有很高的靈敏度、良好的重復(fù)性和很高的穩(wěn)定性。

制備^[2]

由鎢精礦（錳、鐵的鎢酸鹽）經(jīng)堿解，氯化鈣轉(zhuǎn)化，然后酸化生成黃鎢酸，加氨水制得仲鎢酸銨晶體，再經(jīng)加熱使晶體分解得到三氧化鎢，主要反應(yīng)過(guò)程如下：

主要參考資料

[1] 化合物詞典

[2] 方成, 汪洪, 施思齊. 氧化鎢電致變色性能的研究進(jìn)展[J]. 物理學(xué)報(bào), 2016, 65(16): 168201-168201.

[3] 金平實(shí)；包山虎；辛云川；李榮.具有紅外阻隔功能的氧化鎢薄膜及其制備方法.CN201610589510.6，申請(qǐng)日20160725

[4] 唐子龍；徐宇興；張中太.一種氧化鎢納米線(xiàn)及氧化鎢納米線(xiàn)氣敏傳感器的制備方法.CN200810116300.0，申請(qǐng)日20080708