【《钨青铜材料吸光原理与应用探究文献综述》2600字】

钨青铜材料吸光原理与应用研究文献综述钨青铜是含钨的非整比化合物，化学式为MxWO3。它具有金属光泽和从黄色到淡蓝色的特殊的颜色，因与铜类似，化学活跃性不高而得名。其中插入的阳离子M通常为碱金属（Li,Na,K,Rb,Cs）、碱土金属(Be,Mg,Ca,Sr,Ba)、铵离子(NH4+)或稀土金属离子(Y,La,Eu)等，x介于0和1之间。钨青铜有三种，立方、四方和六角形结构，如图1.3所示。它可与碱性相溶，但不能与水相溶，也不与酸相溶（除氢氟酸以外）。钨青铜的晶格可以看作是由一个公共顶点连接的WO6八面体，M阳离子插入八面体的间隙中。其中立方相含有方沟道，四方相含有三方沟道、四方沟道和五方沟道，六角形相含有三方沟道和六角形沟道。可容纳的插入阳离子也因其大小不同而不同。例如，六方通道的尺寸大于三方通道的尺寸，因此六方通道可以容纳较大半径的离子，而三方通道只能容纳较小半径的离子，如H+或Li+。一般来说，当M离子半径在0.086～0.143纳米之间时，容易形成钙钛矿状结构（立方相和四方相），当M离子半径较大时（如Cs+、Rb+）容易形成六方相。M原子提供大量电子，并将一些六价钨还原为五价钨。另外，M的价态越高，W离子的价态越可变，越容易引起晶格畸变。图1.3钨青铜的不同晶体结构：（a）立方结构（b）四方结构（c）六角形结构在钨青铜众多优良的物理性能中，主要研究了其近红外吸收特性。钨青铜中的大量自由电子可被视为等离子体，近红外屏蔽性能与局部表面等离子体共振（LSPR）和小的极化子吸收有关[19,20]。钨青铜与传统的ITO、ATO等热屏蔽材料相比，价格便宜、无毒、环保，具有较好的近红外屏蔽能力[21]。钨青铜材料除了具有近红外屏蔽性能外，还具有良好的导电性和超导性。超导性研究是20世纪60年代和70年代的研究热点之一[22]。此外，它还具有优良的光致变色性能[23]，光热转换能力强[27,28,29]和合适的带隙（2.5-2.8eV）[24,25]，有望用于光致变色器件领域[26]。热疗法[27,28]和光催化领域[29,30]。1.2.1钨青铜材料的吸光原理可见光可保证建筑物的采光性，但红外光能量占太阳光总辐射能量的50%以上，而这会增加较大的建筑能耗。在保证可见光透射（玻璃透光）的前提下，钨青铜材料可以屏蔽近红外光，具有良好的隔热效果。此外，它还能挡住紫外线，降低紫外线对人体的伤害。钨青铜材料的吸光原理分为以下三个方面：本征吸收、局域表面等离子体共振、小极化子吸收。本征吸收本征吸收（带-带吸收）是指价带电子吸收半导体材料中一定波长的光子能量后，从价带到导带的光吸收。本征吸收的基本原理是，当材料的带宽小于或等于入射光的能量时，价带中吸收了足够能量光子的电子被激发，激发后穿过禁带跃迁到导带，此时，价带在导带形成自由电子的同时留下空穴，这样就形成了空穴-电子对。禁带宽度和吸收边的关系式λ=hcEg其中Eg：禁带宽度，ｈ：普朗克常量，ｃ：真空中光速，当光波波长小于等于E/hc时，材料就会发生本征吸收，查阅文献我们得知，钨青铜材料的禁带宽度在2.2eV~2.8eV，而具有优异红外屏蔽性能的铯钨青铜的禁带宽度约为3.05eV。通过式（1）计算可知，铯钨青铜有着400nm的吸收边，满足本征吸收的条件。因此，紫外光屏蔽机理主要来源于钨青铜的本征吸收。局域表面等离子体共振局域表面等离子体共振（LSPR），多出现于纳米金属（如金、银等贵金属纳米粒子）。图1.4为金属表面局部等离子体共振示意图。当光照射到由纳米金属上时，如果入射光子频率与纳米粒子传导的电子的整体振动频率相一致，则纳米粒子就对光子能量有着很强的吸收效应，从而发生局部表面等离子体共振现象。图1.4局域表面等离子体共振图小极化子吸收在极性晶体或离子晶体中，导带中的电子和伴随其而进行的晶格畸变的复合体被称为极化子。如果极化子大小与晶格常数相似，被称作小极化子。Schirmer等提出的小极化子吸收机理表明，每当一个阳离子进入钨青铜结构中，就会向导带中注入数目对应的自由电子，晶格离子因导带中的电子发生移动并伴生极化，产生的电场又反作用于电子，晶格就会发生畸变，这样电子与晶格畸变一起运动，进而产生W5+和Ｗ6+之间小极化子跃迁。如图1.5所示。图1.5小极化子吸收机理图1.2.2钨青铜材料的应用鹤青铜材料与ITO、ATO等传统热屏蔽材料相比，具有价格低廉、无毒、环保、近红外屏蔽力强等优点。钨青铜材料除了具有近红外屏蔽性能外，还具有良好的导电性和超导性。超导性的研究是60年代和70年代的研究热点之一。此外，它还具有优异的光致变色性能，较强的光热转换能力和合适的带隙（2.5-2.8eV），因此有应用于光致变色器件领域和光催化领域。1.2.2.1光催化材料钨青铜在光催化方向的应用例如果崇申课题组等利用溶剂热法合成铯钨青铜纳米棒，光催化降解50mg/L5甲基蓝，结果表明，在185mw/cm2的紫外，166mw/cm2可见和42.7mw/cm2近红外光源的照射下，甲基蓝的去除率分别达到72%，70%和37%。证明铯钨青铜具有全谱光催化特性。Liyuan等合成了一系列类似于狼牙棒状ｇ-C3N4修饰的Cs0.33WO3纳米复合材料，温和条件下对低浓度甲烷进行光催化转化，在室温和光照下优化g-C3N4@Cs0.33WO3(weightratio=3:7)使得低浓度甲烷(1000ppm)转化为甲醇，产率为4.38μmol/h/g。1.2.2.2透明隔热材料铯钨青铜材料具有良好的屏蔽红外线的作用，因此在红外屏蔽这方面应用很多。例如果崇申课题组制备铯钨青铜纳米棒，在1800nm红外透过率仅为0.09%。刘敬肖课题组采用溶剂热法制备的铯钨青铜，在可见光波段的平均透过率为69.73%，红外波段的平均屏蔽值达到76.3%，不同有机酸制备的铯钨青铜制膜后与PVA涂层相比，模拟房的温度降低6-18℃。Yijiezhou用固相法制备了铯钨青铜，利用PET做底材，PVB为成膜物质，挤压延伸制备的隔热膜在近红外波段有超过90%的屏蔽率，同时能保持可见光波段70%透过率，与空白玻璃对比，模拟房间的温度低近10℃。FeiShi水法制备的铯钨青铜，制备成透明薄膜后，在70min内模拟房温度仅上升21℃，空白玻璃的模拟房温度上升近50℃。YaoY制备的铯钨青铜薄膜的模拟房在8min内从20.4℃上升至26.9℃，而空白玻璃的模拟房间温度从20.4℃上升到39.9℃。综上所述，铯钨青铜具有良好的近红外屏蔽性能。1.2.2.3光热治疗材料GuoCS等采用溶剂热法制备得到了立方相纳米（NH4）xWO3材料，结果发现，（NH4）xWO3纳米材料在1064nm近红外激光照射下，通过在癌细胞内诱导热疗效应，在体外对癌细胞具有高效杀伤作用。此外，在原位植入乳腺肿瘤的小鼠模型中，通过瘤内注射NH4）xWO3纳米瘤体，并使用1064nm激光照射，在体内实现了原发肿瘤的完全消融以及抑制癌细胞肺转移，由此表明钨青铜纳米颗粒在近红外光转移性乳腺癌PTA治疗中有着巨大潜力。郭伟等采用溶剂热法制备得到CsxWO3纳米粒子，并通过层层自组装的方法合成了聚电解质修饰的CsxW