智能热致色变氧化钒薄膜色变控制机理研究

根据温度自动调节对太阳光能的透过率（称之为"色变"）是未来窗户玻璃节能的理想途径之一。本项目研究的氧化钒是一种典型的能随温度变化自动调节光透过率的材料，是理想的智能热致色变材料，但氧化钒在实用于智能玻璃等热致色变器件前必须对材料的色变控制机理进行深入研究。本项目从薄膜生长过程、薄膜材料设计、薄膜内微观特性等因素出发，重点研究和分析氧化钒薄膜的低温色变控制机理，并对其色变性能进行表征和研究。在研究和分析氧化钒薄膜生长过程中各因素与薄膜的光增透性、光调节率等机理的关联性基础上，致力于获得智能热致色变氧化钒薄膜的低温色变控制机理。智能热致色变氧化钒薄膜低温色变控制机理的深入研究必会为氧化钒在智能玻璃节能领域的应用打下很好的理论基础和技术支撑，智能热致色变氧化钒薄膜将会在节能领域有很大的发展空间。

项目首先对氧化钒（VOx）薄膜的制备工艺进行了相关研究。在直流反应磁控溅射沉积氧化钒薄膜工艺中，靶面预溅是很重要的一步，沉积薄膜前首先用一定量的Ar气对靶面预溅射进行靶面清洗。在此原理基础上，提出了一种新的监控氧化钒薄膜生长、控制薄膜性能的方法——溅射电压控制法，有效提高了氧化钒薄膜制备工艺的重复性和稳定性。.利用溅射电压控制法制备了不同厚度的氧化钒薄膜。发现薄膜厚度对薄膜的折射率和消光系数有较大影响。制备的薄膜折射率在1.9～2.9，消光系数变化较大，在0.1～1间波动。分析了薄膜内部微结构的变化与薄膜折射率和消光系数的内在关系。.在氧化钒薄膜的制备工艺方面，同时采用了一种新的低成本的有机溶胶-凝胶法旋涂法。将不同比例的V2O5粉末、苯甲醇、乙丁醇混合，将混合物加热，对其蒸气进行冷凝回流，制备出的溶液在离心机中高速离心旋转获得清澈溶胶，利用此溶胶旋涂制备氧化钒薄膜。此法不仅成本低，而且能够制备出性能较好的薄膜。.在氧化钒薄膜的掺杂改性研究方面，利用直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了VOx:Zr薄膜。系统地研究了Zr掺杂量对VOx薄膜结构、形貌及金属-绝缘体相变（MIT）性能的影响。通过改变Zr掺杂量有效的调制了VOx薄膜的形貌和MIT性能。.在氧分压对氧化钒薄膜性质影响的对比试验中，发现Ar/O2：80/2.5sccm时，氧化钒薄膜在电学性能测试方面表现较好，但其热致色变现象较不明显。钒元素与氧元素组成的VO2在热致色变中起主要作用。较大氧分压获得的薄膜透过率较大，而同一薄膜在波长600nm-1100nm范围的透过率变化幅度小，波长300nm-600nm的透过率变化幅度大。.非常有趣的实验现象是，存放时间对氧化钒薄膜性能影响非常明显。8年左右前制备的氧化钒薄膜（衬底为约1mm厚的白玻璃），当时只是镀有氧化钒薄膜的一面导电，现在的测量结果是由于薄膜的扩散使得玻璃衬底两面都导电，但是薄膜都不具有了随温度升高阻值下降的相变特性。