二氧化钒薄膜制备及其热致变发射率特性研究

通过溶胶-凝胶和真空热处理工艺在石英基底上制备了二氧化钒薄膜,对制备出的薄膜进行了X射线衍射及X射线光电子能谱分析,结果表明所制备出的薄膜价态单一,纯度较高,薄膜为多晶态,晶粒尺寸约为27 nm.利用红外热像仪拍摄了薄膜在不同温度下的红外热图并计算了发射率,结果表明二氧化钒薄膜7.5～14 μm波段发射率在相变时发生突变,突变量可达0.6,具有优异的热致变发射率性能,在红外自适应伪装等领域应用前景广阔.     

VO2薄膜材料的变温光学性质及1 550 nm激光防护性能研究

具有半导体-金属态相变性质的二氧化钒材料可用于光电探测器的激光致盲防护。本文报道了基于磁控溅射法制备二氧化钒薄膜材料的结构、形貌特性,以及在不同温度下的光学性质。使用椭偏光谱法测量了下可见-近红外波段二氧化钒材料的椭偏参数,利用Gaussian、Lorentz模型获取了薄膜在相变前的光学性质,结合Drude模型拟合获取了材料在相变后的光学特性,获取了材料在300~1 700 nm之间的变温折射率和消光系数等参数。变功率下1 550 nm红外激光透射率的实验测试研究表明,VO₂薄膜样品的相变阈值功率为12 W/cm²,相变前后透射率由51%减小到15%~17%,开关率69%。     

不同升温热处理方式二氧化钒薄膜的制备与光学相变性能

采用双离子束溅射方法制备氧化钒薄膜,分别利用常规和快速两种升温方式对氧化钒薄膜进行热处理,利用傅里叶变换红外光谱技术对热处理后氧化钒薄膜的变温光学透射性能进行测试,并对5μm波长处透过率随温度的变化曲线进行相变特性分析.实验结果表明,经过常规和快速升温热处理后均获得了二氧化钒薄膜;快速升温热处理后得到的薄膜中二氧化钒晶粒较小,尺寸分布均匀;而常规升温热处理后的二氧化钒薄膜中晶粒尺寸分布较宽、常规和快速升温热处理后,氧化钒薄膜的光透过率均存在可逆突变特性,变化幅度均超过60%.相变性能分析结果表明,快速升温热处理获得的二氧化钒薄膜相变持续的温度宽度较大,光学相变温度为63.74℃,高于常规升温热处理的60.31℃.     

基于热光效应的智能窗薄膜材料

基于半导体和金属间的相变特性,重点介绍了基于热光效应的二氧化钒薄膜材料,描述了当前国内外的研究进展.给出了能应用于智能窗的纳米二氧化钒薄膜材料,并与常规的二氧化钒薄膜材料进行了分析比较.对这种智能窗薄膜材料的原理与应用前景进行了评述.可以预计,随着对太阳能材料的不断研究与开发,基于热光效应的智能窗薄膜材料在太阳能利用方面将具有巨大潜力.     

二氧化钒材料相变的太赫兹光谱与阵列成像

二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料,在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统,获得了整个样品在2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化,分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为334~341 K,对应温差为7 K;得到了相变前后样品对4.3 THz辐射的透过率变化达40%以上,反射率变化接近30%。随后采用一套4.3 THz的阵列成像系统,测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像,获得了该材料由金属态转变为绝缘态时,其对4.3 THz激光信号的透过率由6.7%升至50.7%,透过率变化达44%,与傅里叶变换光谱在4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。     

激光法制备二氧化钒军事防护薄膜研究

二氧化钒(VO2)具有热致半导体—金属相变特性, 其相变温度为 68益, 最接近室温, 可作为理想的光学功能材料, 在军事上有广泛应用前景。脉冲激光沉积法作为一种新型的制膜方法, 相比其他方法具有粒子能量高、可控性强等优点。介绍了 VO2薄膜的光电特性及其在军事上尤其是激光防护领域的应用前景, 并重点探讨了激光法制备 VO2薄膜的相关问题及解决措施。     

相变微胶囊与热红外隐身

在论述了相变微胶囊(PCM)的特点及应用于热红外隐身技术(TIS)的可能性基础上,指出了TIS对PCM的要求、应用条件及困难,首次提出了热反射/温度自适应红外隐身复合涂层(TTC),并对其设计指导思想、涂层结构、涂层功能、实验结果以及在热红外隐身中的应用可能进行了分析.复合涂层面层为降温作用为主的热反射隔热层.中间层为调节温度为主的相变涂层,底层为耐蚀涂层,分析及初步试验结果表明:热反射/温度自适应红外隐身复合涂层在一定温度范围内,具有明显的降温及温度自适应功能,有利于实现目标与背景的红外融合,为对抗双波段红外热像仪反隐身技术提供可能.     

基于二氧化钒薄膜的太赫兹开关器件

二氧化钒(VO2)作为一种优质的光电功能材料一直备受人们的关注,在信息存储、光调制器、太阳能电池、光电探测器等方面有着重要应用。采用磁控溅射及原位退火氧化的"两步法"制备了VO2薄膜,并对其进行晶态、形貌表征。设计并搭建VO2薄膜热致相变实验系统,研究了VO2薄膜在变温条件下对2.52 THz辐射的开关特性。结果表明,VO2薄膜样品为多晶态,具有明显的太赫兹调制效果,可以实现对2.52 THz波的调制,并可作为太赫兹开关/调制器件的功能材料。     

快速热处理对磁控溅射VO2薄膜光电特性的影响

采用反应磁控溅射法制备二氧化钒(VO2)薄膜,并对其进行快速热处理(RTP)。主要研究500℃快速热处理10、15、20s工艺条件下VO2薄膜结晶状况和光电性能的变化。在20℃～80℃温区内,应用四探针薄膜电阻测试方法和太赫兹时域频谱技术(THz-TDS)测量了各样品的电学相变特性和光学相变特性。结果表明,经过快速热处理的样品电学相变幅度均达到了2个数量级以上;THz波的透射率在半导体-金属相变前后的最大变化达到了57.9%。同时发现,热处理500℃,10s时VO2的电学和光学相变幅度相对要大,当热处理时间达到15s左右时薄膜的相变幅度变化不再明显。快速热处理时间的长短对热致相变温度点的影响较小,但热致电学相变和光学相变的相变温度点不同:光学相变的温度为60℃左右,电学相变温度则在56℃附近。     

二氧化钒多晶薄膜的掺杂改性

掺杂能明显改变二氧化钒薄膜的相变温度,影响其电学和光学性质。研究表明：W、Mo等大尺寸原子掺杂可以有效降低相变温度,而Al、P等小尺寸原子掺杂则使相变温度升高。综述、比较了不同掺杂方法和掺杂元素对相变、相变滞豫、电阻和透射性能的影响,介绍了用离子束增强沉积方法对二氧化钒薄膜掺杂改性的优点。综合分析表明,通过对二氧化钒多晶薄膜的掺杂改性,将相变温度降至室温附近,可以大大提高薄膜的室温电阻温度系数。