二氧化钒薄膜智能窗的研究进展

二氧化钒具有良好的半导体-金属相变特性,在常温下,二氧化钒的晶体结构为单斜晶系结构(M相),随着温度的升高达到相变温度,二氧化钒的晶型变成四方晶红石结构(R相),当温度降低到相变温度时,二氧化钒的晶型又变回单斜晶系结构(M相)。这种典型可逆热色特征,使二氧化钒成为当前建筑用智能窗材料的最佳选择。综述了近些年来制备VO_2薄膜的几种常用方法,并针对VO_2薄膜在热色智能窗应用方面存在的主要问题,从掺杂和复合薄膜结构两方面总结了提高VO_2薄膜性能的改进工艺,为推进VO_2薄膜智能窗的进一步研究提供了依据。     

微波辅热-甲醇还原法制备M相二氧化钒粉体

为获得具有良好相变特性的M相VO_2粉体,本文以V_2O_5为原料、甲醇作还原剂,采用微波辅热制备M相VO_2粉体.探讨了微波辅热功率、填充度、反应温度、反应时间、甲醇用量因素对制备VO_2的影响,采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM),对产物进行了物相、相变和形貌特征的表征.结果表明:在微波辅热功率为1 000 kW,填充度为0.7,反应温度为250℃时,反应时间为60 min,V_2O_5质量与甲醇体积比为5∶3时,得到B相的VO_2粉体;B相的VO_2再经过800℃高温热处理后完全转化为具有相变功能的M相,M相VO_2粉体纯度为99.20%,产率为92.30%,相变点温度为68.6℃,晶体形貌呈现较匀称的棒状结构,长度为1～2μm.     

晶格畸变对VO_2相变温度的影响

采用高功率脉冲磁控溅射在石英玻璃基片上成功制备了具有明显金属-绝缘体转变特性的多晶VO_2薄膜,其最低相变温度仅为32℃。X射线衍射结果表明沉积薄膜的晶体结构均为存在明显晶格畸变的VO_2(M),且薄膜(011)晶面间距越接近相变后VO_2(R)(110)晶面的晶面间距,相变温度越低。根据试验结果,利用从头算分子动力学分别对VO_2金属-绝缘体相变过程的晶体结构与态密度演化规律进行了研究。结果表明:随计算温度升高,不同(011)晶面间距绝缘态超胞的晶体结构均逐渐由VO_2(M)向VO_2(R)转变,同时伴随着禁带宽度的逐渐降低,最终转变为费米能级完全被电子占据的金属态;初始VO_2(M)超胞(011)面的晶面间距与相变后VO_2(R)(110)面的晶面间距之差越小,费米能级附近的禁带宽度也越小,这可能是导致VO_2金属-绝缘体转变温度降低的本质物理原因。     

应用等离子体辉光监控反馈控制反应气体流量制备VO_2薄膜的研究（英文）

采用等离子体辉光监控系统(PEM)反馈控制反应溅射过程,在石英基底上制备出单斜相VO_2薄膜,并研究了反馈控制下反应溅射的等离子体相对辉光强度与氧气流量的关系。实验结果表明:在不同的反应压强(0.8 Pa、0.5 Pa、0.2 Pa)下,通过调整相对辉光强度值(REI)均可稳定获得单斜相VO_2薄膜,对应的REI值分别为0.6~0.65、0.65、0.6。XRD测试结果表明VO_2薄膜具有明显的(011)晶面取向,XPS测试结果表明薄膜的化学计量比为VO_(2.02)。VO_2薄膜在2.5μm处的变温透过率测试结果显示薄膜在相变前后的透过率变化达到65%,相变温度确定为66℃。     

水热法制备纳米VO2及其相变机理的研究进展

VO_2是一种具有极大应用价值的功能材料,其潜在的应用产品有智能窗、热敏电阻、锂离子电池电极等,但纳米VO_2的大批量制备技术成了制约其应用的关键因素。水热合成法反应条件温和、对环境的污染小、能耗低、价格便宜;易控制化学价态、晶相、产物纯度较高;反应无需煅烧晶化,可以减少煅烧过程中产生的团聚,可获得通常条件下难以得到的纳米粉体,粉体粒径分布较窄、晶型和形貌可控,有望用于VO_2纳米结构的大量合成。聚焦于水热合成法制备纳米VO_2及其相变机理的研究进展,着重介绍了不同形貌与物相的纳米VO_2的水热合成制备方法、物相转换及机理、水热过程中VO_2的生长机制。最后,指出了水热法制备VO_2所面临的一些问题,并展望了未来的发展方向。     

改性纳米W-VO2纸基控温材料的制备及性能

现阶段以磁控溅射法制备的掺杂钨二氧化钒控温薄膜,其热滞回线陡峭、机械加工性能以及强度性能较差,为解决上述问题,采用湿法非织造法制备了红外光学性能优异、相变温度较低的纳米掺杂钨二氧化钒(W-VO_2)纸基控温材料.使用差示扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等分析方法,对纳米W-VO_2纸基控温材料的微观结构及红外相变特性等方面进行了分析,并对纳米W-VO_2纸基控温材料的红外透射率及相变特性进行表征.结果表明:表面改性处理后可促进纳米W-VO_2晶粒均匀分散,采用湿法非织造法制备的纳米W-VO_2纸基控温材料,能够将相变温度控制在45℃附近,使红外透射率前后对比值达到37.5%,实现了对红外波段透射率差值的优化;当纳米W-VO_2控温材料加填量达到15 mL时,抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折次数分别为7.62 kN/m、23.97 mN·m~2/g、5.37 kPa·m~2/g和92次(分度值14.7 N),为深入研究智能控温包装材料提供了参考依据.     

VO2薄膜相变温度调节方法及机理

VO_2是一种相变温度为68℃(接近室温)的热致相变材料,具有十分广泛的潜在应用价值。但68℃相较于环境温度仍显得较高,而且不同的应用环境对相变温度有不同的需求,因此针对VO_2薄膜相变温度调节问题的研究很有必要。详细介绍了元素掺杂、引入离子液体、氢化处理、界面应力调节等相变温度调节方法并阐述了其各自相变温度调节机理,同时比较了这几种方法的优缺点,并对未来研究方向作出展望,为今后VO2薄膜的制备与应用研究提供了重要参考。     

水热法一步合成VO2粉末及其微观形貌调控

采用水热法,钒源选择V_2O_5,在使用还原剂草酸,不使用其他表面活性剂及模板的条件下,制备了具有不同微观形貌的VO_2(B)和VO_2(M)粉末,主要研究了草酸溶液浓度变化对产物微观形貌的影响。利用X射线衍射仪(XRD)对粉末的晶型结构和物相组成进行分析,通过扫描电子显微镜(SEM)对粉末的微观形貌进行表征。在180℃水热反应温度下,制备出了具有多种特殊微观形貌的VO_2(B)粉末,典型的如"雪花"状、"杨桃"状以及均匀短棒状等,全面系统地对粉末所出现的不同微观形貌进行了总结。采用蓝电电池测试系统对不同微观形貌VO_2(B)粉末制备的锂离子电池进行充放电测试,结果表明,"杨桃"状VO_2(B)锂离子电池性能较优,比容量峰值可达4 683.8mAh/g,但电池循环特性较差。同时,在水热反应温度260℃下,合成了微观形貌分别为短棒状、"雪花"状、"核桃"状以及球状的VO_2(M)粉末。DSC测试结果显示,VO_2(M)粉末形貌对其相变温度影响较小。     

W掺杂二氧化钒的水热晶化机理及其相变性能

以硫酸氧钒为钒源,采用沉淀-胶溶法制备VO_2溶胶。然后向溶胶中加入偏钒酸铵,利用溶胶水热晶化制备出W掺杂二氧化钒(W-VO_2,M相)粉体。通过XRD,FESEM和DSC对合成产物的物相组成、形貌和相变性能进行研究。结果表明:在280℃条件下水热处理4~48h,VO_2溶胶经过水热晶化生成长约1~2μm、直径约100~200nm棒状W-VO_2(B)晶体,伴随着B相向M相晶型转变,W-VO_2(B)逐渐消溶,而W-VO_2(M)逐渐长大,形貌由棒状转变为片状或雪花状;W-VO_2(M)相变温度随着W掺杂量增加而降低,当名义掺杂量为6.0%(原子分数)时,相变温度降低到28℃。根据水热晶化和形貌演变过程,提出了W-VO_2(M)可能的"形核-生长-转化-熟化"形成机理。     

纳米TiO2光催化剂的电化学法制备及其表征

采用有机电解-溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2光催化剂,通过XRD、TEM、TG-DTA、激光粒度分析法等对纳米TiO2的结构相变、表面形貌、颗粒大小等进行了表征.实验表明:当热处理温度低于350℃时,TiO2的晶相结构均为锐钛型,颗粒大小在25nm以下,样品的比表面积大于65m2*g-1;热处理温度为400℃时,TiO2的晶相结构出现锐钛型和金红石型混合相,颗粒大小在35nm以下,样品比表面积为46.43m2*g-1,实验制备的粉体样品属于纳米级水平;实验测试了各焙烧温度下粉体样品的光催化活性.     

Fabrication and temperature-dependent field-emission properties of bundlelike VO2 nanostructures

Bundlelike VO(2)(B) nanostructures were synthesized via a hydrothermal method, and VO(2)(M(1)/R) nanobundles were obtained after a heat-treatment process. Structural characterization shows that these nanobundles are self-assembled by VO(2) nanowires, and VO(2)(M(1)/R) nanobundles have better crystallinity. Temperature-dependent field-emission (FE) measurement indicates that FE properties of these two phases of nanobundles can both be improved by increasing the ambient temperature. Moreover, for the VO(2)(M(1)/R) nanobundles, their FE properties are also strongly dependent on the temperature-induced metal-insulator transitions process. Compared with poor FE properties found in the insulating phase, FE properties were significantly improved by increasing the temperature, and about a three-orders-of-magnitude increasing of the emission current density has been observed at a fixed field of 6 V/μm. Work function measurement and density-functional theory calculations indicated that the decrease of work function with temperature is the main reason that caused the improvement of FE properties. These characteristics make VO(2)(M(1)/R) a candidate material for application of new type of temperature-controlled field emitters, whose emission density can be adjusted by ambient temperature.     

二氧化钒的制备及应用研究

文章介绍了VO2的晶体结构及在智能温控材料方面的应用,综述了掺杂对VO2相变温度的调控和作为光学减反膜对可见光透过率的调控,分析了掺杂离子的性质、种类对VO2相变温度的影响,并对VO2的制备方法及其超细粉体的研究进展进行了总结。     

离子束增强沉积VO2多晶薄膜的相变模拟

用多晶薄膜晶粒—晶界两相结构模型,考虑晶格畸变和载流子对晶界势垒区的隧穿机制,在10～100℃范围内,模拟了离子束增强沉积(IBED)VO2多晶薄膜的相变。模拟结果显示,由于晶粒中间隙位置氩的存在,使VO2晶格畸变,导致了薄膜中部分晶粒的相交温度降低,使IBED VO2薄膜在48℃开始由半导体相向金属相转变。     

VO_2(M/R)复合薄膜的研究进展

VO2(M/R)薄膜相变前后的红外透过率、电阻率变化显著,在光学、电学开关等领域极具应用潜力。VO2(M/R)复合薄膜能克服纯相材料本身的不足,还可以引入新的性能和结构。综述了VO2(M/R)复合薄膜的特点和主要性能,总结了薄膜的复合方式,讨论了复合薄膜制备中存在的问题,并结合近年的相变机理、制备工艺、复合方式等报道展望了VO2(M/R)复合薄膜的研究发展前景。     

钨掺杂二氧化钒薄膜的THz波段相变性能的研究

通过溶胶–凝胶法制备纯的VO₂和W掺杂的VO₂薄膜, 并且进行了XPS、AFM和XRD的分析与表征, 并观察了其微观形貌和结构. 同时研究了VO₂和W掺杂VO₂在红外光谱(λ=4 μm)和THz(0.3~1.0 THz)区域的金属–绝缘转变性能. 结果表明: 室温下W掺杂的VO₂薄膜在红外和THz区域的初始透过率都比纯的VO₂薄膜低. 在THz波段, W掺杂的VO₂表现出更低的相变温度. 同时在VO₂和W掺杂VO₂相变过程中, 观察到了金属–绝缘转变和结构转变的现象, W掺杂VO₂具有明显的峰位偏移现象.     

Preparation of VO2 thin film and its direct optical bit recording characteristics

Vanadium dioxide (VO2) film which has nearly the same transition point as single crystal has been obtained by reactive evaporation of vanadium on glass and subsequent annealing in N2 gas. Relations between optical properties of V02 film and its preparation conditions are presented. We made optical direct bit recording on V02 film using a laser diode as the light source. The threshold recording energy and bit density are 2 mJ/cm 2 and 350 bits/mm, respectively. We also made tungsten doping to lower the V02 film transition temperature.     

二氧化钒薄膜的结构、制备与应用

综述了VO2薄膜的结构特点、相变、制备工艺特性,以及薄膜研究、应用和开发现状,认为VO2薄膜具有较好的开发前景.