氧化钨的应用

背景及概述^[1][2]

氧化钨又名钨华，化学式WO₃。淡黄色斜方晶体，受热时颜色加深，冷却后又恢复为淡黄。空气中稳定，熔点为1473℃，沸点高于1750℃，相对密度为7。16。不溶于水和除氢氟酸外的无机酸，能溶于热浓氢氧化钠溶液和氨水。氧化钨既是一种n 型半导体材料，也是一种“d0‘’ 氧化物，这种双重身份使其同时具备诸多特点。它虽然常以非晶、单斜、六方等多种形态存在，但其主体框架均由钨氧八面体首尾相连构成。

根据晶型和周围环境的不同，八面体单元会发生倾斜、旋转等不同方式的畸变，同时还伴随着钨偏离八面体体心的现象。氧空位的存在，会对晶胞、键长、电子结构产生不同程度的影响，导致电荷分布、能隙、化学计量比等发生改变。此外，在它的空间骨架中，由钨氧八面体所围成的孔隙可嵌入尺寸较小的阳离子，形成钨青铜。这一过程除了显现出导电性能的增强外，还会使一些晶型出现诸如“单斜!四方!立方” 的对称性不断高的构型转变。

这些特殊属性使氧化钨同时具有催化、光学和电学特性，可有望被应用于水的光分解、二次锂电池、气体传感器等多个领域。值得注意的是，氧化钨与钨青铜的可逆转变过程还总伴随着内部电子的转移和钨化合价的改变，从而引发变色反应，实现对透过光的可控调节。这一特性最初于1969 年发现并在之后被广泛应用于智能窗、汽车后视镜、大面积信息显示屏等电致变色领域。

着色状态下的氧化钨呈现深蓝色，由于颜色较为柔和且隔光性能较好，适用于日常家居使用。此外，晶态的氧化钨在变色后对红外也有较高的反射率，可达到与低辐射玻璃类似的隔热保温效果，从而有助于降低室内能耗。作为一种新型功能材料，氧化钨具有生产成本低、易合成、低能耗、广视角、着色效率高、色彩对比度强、寿命长、稳定性好等诸多特点，这些都使其一度为电致变色领域的研究热点。

结构^[2]

氧化钨常以非晶、单斜、六方等多种形态存在，结构如下：

应用^[1][3][4]

氧化钨主要用于制造金属钨 （高温用氢气等还原剂还原），还用于制作硬质钨铁合金、防火织物、压电陶瓷和X射线屏等。也可用做陶瓷釉料的着色剂和分析试剂。其应用举例如下：

1. 制备一种具有红外阻隔功能的氧化钨薄膜。

所述具有红外阻隔功能的氧化钨薄膜包括基体、形成在基体上的由结晶态氧化钨和非晶态氧化钨混合组成的氧化钨薄膜以及形成在所述氧化钨薄膜表面上的保护层，所述氧化钨薄膜中钨元素的价态组成包括+6价钨离子和+5价钨离子。

本发明所述具有红外阻隔功能的氧化钨薄膜包括基体、形成在基体上的由结晶态氧化钨和非晶态氧化钨混合组成的氧化钨薄膜以及形成在所述氧化钨薄膜表面上的保护层，晶态氧化钨主要对1500nm以上的红外光有很好的屏蔽效果，而非晶态氧化钨对900-1200nm的红外光有很好的屏蔽效果。

2. 用于一种氧化钨纳米线及氧化钨纳米线气敏传感器。

将钨酸钠溶于去离子水中配制成钨酸钠溶液；缓慢滴加盐酸形成淡黄色胶束溶液，离心分离；产物均匀分散到硫酸钾溶液中，转入反应釜中进行水热反应，即制得所述氧化钨纳米线。在所述氧化钨纳米线中添加粘合剂及玻璃料；元件烧结；元件老化制得氧化钨纳米线气敏传感器。

本发明制备步骤简单，制备过程中的工艺参数容易控制，整个制备过程的能源消耗非常少，所制备的氧化钨纳米线具有大的比表面积和较高的热稳定性，氧化钨纳米线气敏传感器对低浓度(1~100ppm)H2、CO和NH3具有很高的灵敏度、良好的重复性和很高的稳定性。

制备^[2]

由钨精矿（锰、铁的钨酸盐）经碱解，氯化钙转化，然后酸化生成黄钨酸，加氨水制得仲钨酸铵晶体，再经加热使晶体分解得到三氧化钨，主要反应过程如下：

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] 方成, 汪洪, 施思齐. 氧化钨电致变色性能的研究进展[J]. 物理学报, 2016, 65(16): 168201-168201.

[3] 金平实；包山虎；辛云川；李荣 .具有红外阻隔功能的氧化钨薄膜及其制备方法.CN201610589510.6，申请日20160725

[4] 唐子龙；徐宇兴；张中太.一种氧化钨纳米线及氧化钨纳米线气敏传感器的制备方法. CN200810116300.0，申请日 20080708