激光防护用VO2薄膜的表面等离激元改性的研究

As a high-performance intelligent material, VO2 has a reversible thermal-induced phase transition around room temperature, which holds great potential for the laser shield applications. However, its practical application is seriously blocked due to the inherent difficulties in fabrication of pure VO2 and its high phase transition temperature. Now this problem could be alleviated by the improvement of preparation procedure and selective doping, but at the expense of prolonged fabrication period, increased cost and decreased performance. To address this issue, we propose a promising approach to modify the film with surface plasmon polaritons. It is expected that the anti-laser damage performance could be enhanced by the strong optical absorption, scattering and excellent photothermal efficacy of metal nanoparticles. In this project, the film properties were tailored by changing the structure and morphology of metal nanoparticles, while the mechanism was tentatively elucidated. On this basis, the structure and process was studied and optimized, in order to further enhance the anti-laser irradiation ability and improve the reliability and stability of the film.

VO2薄膜具有热致相变特性并且相变温度接近室温，在激光防护等领域有着广阔的应用前景。然而，由于纯净化学计量比的VO2薄膜较难制备并且其相变温度较高，严重阻碍了VO2薄膜的实际应用。目前虽然可以通过优化制备工艺及元素掺杂对其进行调控，但却存在制备周期长，成本高、薄膜的开关特性减弱等很多不利影响。在此背景下，本项目提出"利用表面等离激元对VO2薄膜进行改性"这一新思路，借助金属纳米颗粒强烈的光吸收、光散射、光热效应增强薄膜的激光防护性能，具有创新意义。通过改变金属/VO2复合结构中金属纳米颗粒的结构及形貌，实现对薄膜性能的调控。阐明表面等离激元改性的物理机制。在此基础上开展工艺优化和结构设计，进一步改善薄膜的激光防护性能，提高薄膜的稳定性和可靠性。

VO2薄膜具有热致相变特性并且相变温度接近室温，在激光防护等领域有着广阔的应用前景。然而，由于纯净化学计量比的VO2薄膜较难制备并且其相变温度较高，严重阻碍了VO2薄膜的实际应用。目前虽然可以通过优化制备工艺及元素掺杂对其进行调控，但却存在制备周期长，成本高、薄膜的开关特性减弱等很多不利影响。在此背景下，本项目开展了“利用表面等离激元对VO2薄膜进行改性”这一方向的研究工作，借助金属纳米颗粒强烈的光吸收、光散射、光热效应增强薄膜的激光防护性能，具有创新意义。通过改变金属/VO2复合结构中金属纳米颗粒的结构及形貌，实现对薄膜性能的调控。阐明表面等离激元改性的物理机制。在此基础上开展工艺优化和结构设计，进一步改善薄膜的激光防护性能，提高薄膜的稳定性和可靠性。.在VO2薄膜的制备工艺研究及激光限幅性能表征方面，我们首次利用高温热氧化法和改进的溶胶法制备了具有良好热致相变特性的VO2薄膜。并对薄膜在脉冲激光辐射下的光限幅性能进行了考核。研究发现，在1064nm的脉冲激光辐射下，薄膜展现出良好的红外光限幅能力，其透射率最低可降至7%，薄膜的脉冲激光损伤阈值约为50mJ/cm2。进一步地，我们制备了Ag/VO2复合结构薄膜，研究发现薄膜的红外激光阻透性及脉冲激光损伤阈值都有了一定程度的提升，具有积极的应用和指导意义。.在贵金属纳米材料的制备及其表面等离激元共振特性研究方面，本小组开展了一系列贵金属纳米材料的合成及性能调控方面的研究，首次利用热注入法合成了均匀的单分散银纳米颗粒，并在此基础上合成了银纳米线材料。在金纳米颗粒的合成和银纳米材料的抗氧化改性上也开展了相关工作。为了能够对其表面等离激元共振性能进行调控，我们还制备了由聚苯乙烯和二氧化硅微球组装形成的模版，并在此基础上进行了贵金属基核壳材料的制备工艺研究。.除此之外，为了能够使项目得到顺利开展，本小组还开展了VO2纳米棒材料，红外探测薄膜材料以及VO2用控温材料等方向的研究，取得了一些有价值的研究成果。