智慧型熱致色變氧化釩薄膜色變控制機理研究

《智慧型熱致色變氧化釩薄膜色變控制機理研究》是依託電子科技大學,由魏雄邦擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：智慧型熱致色變氧化釩薄膜色變控制機理研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魏雄邦

項目摘要

根據溫度自動調節對太陽光能的透過率（稱之為色變）是未來窗戶玻璃節能的理想途徑之一。本項目研究的氧化釩是一種典型的能隨溫度變化自動調節光透過率的材料，是理想的智慧型熱致色變材料，但氧化釩在實用於智慧型玻璃等熱致色變器件前必須對材料的色變控制機理進行深入研究。本項目從薄膜生長過程、薄膜材料設計、薄膜內微觀特性等因素出發，重點研究和分析氧化釩薄膜的低溫色變控制機理，並對其色變性能進行表征和研究。在研究和分析氧化釩薄膜生長過程中各因素與薄膜的光增透性、光調節率等機理的關聯性基礎上，致力於獲得智慧型熱致色變氧化釩薄膜的低溫色變控制機理。智慧型熱致色變氧化釩薄膜低溫色變控制機理的深入研究必會為氧化釩在智慧型玻璃節能領域的套用打下很好的理論基礎和技術支撐，智慧型熱致色變氧化釩薄膜將會在節能領域有很大的發展空間。

結題摘要

項目首先對氧化釩（VOx）薄膜的製備工藝進行了相關研究。在直流反應磁控濺射沉積氧化釩薄膜工藝中，靶面預濺是很重要的一步，沉積薄膜前首先用一定量的Ar氣對靶面預濺射進行靶面清洗。在此原理基礎上，提出了一種新的監控氧化釩薄膜生長、控制薄膜性能的方法——濺射電壓控制法，有效提高了氧化釩薄膜製備工藝的重複性和穩定性。 利用濺射電壓控制法製備了不同厚度的氧化釩薄膜。發現薄膜厚度對薄膜的折射率和消光係數有較大影響。製備的薄膜折射率在1.9～2.9，消光係數變化較大，在0.1～1間波動。分析了薄膜內部微結構的變化與薄膜折射率和消光係數的內在關係。 在氧化釩薄膜的製備工藝方面，同時採用了一種新的低成本的有機溶膠-凝膠法旋塗法。將不同比例的V2O5粉末、苯甲醇、乙丁醇混合，將混合物加熱，對其蒸氣進行冷凝回流，製備出的溶液在離心機中高速離心旋轉獲得清澈溶膠，利用此溶膠旋塗製備氧化釩薄膜。此法不僅成本低，而且能夠製備出性能較好的薄膜。 在氧化釩薄膜的摻雜改性研究方面，利用直流反應磁控濺射法在玻璃襯底上製備了VOx:Zr薄膜。系統地研究了Zr摻雜量對VOx薄膜結構、形貌及金屬-絕緣體相變（MIT）性能的影響。通過改變Zr摻雜量有效的調製了VOx薄膜的形貌和MIT性能。 在氧分壓對氧化釩薄膜性質影響的對比試驗中，發現Ar/O2：80/2.5sccm時，氧化釩薄膜在電學性能測試方面表現較好，但其熱致色變現象較不明顯。釩元素與氧元素組成的VO2在熱致色變中起主要作用。較大氧分壓獲得的薄膜透過率較大，而同一薄膜在波長600nm-1100nm範圍的透過率變化幅度小，波長300nm-600nm的透過率變化幅度大。 非常有趣的實驗現象是，存放時間對氧化釩薄膜性能影響非常明顯。8年左右前製備的氧化釩薄膜（襯底為約1mm厚的白玻璃），當時只是鍍有氧化釩薄膜的一面導電，現在的測量結果是由於薄膜的擴散使得玻璃襯底兩面都導電，但是薄膜都不具有了隨溫度升高阻值下降的相變特性。