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.     

化学气相沉积法制备智能窗用热致变色VO2薄膜的研究进展

热致变色智能窗是通过在玻璃上沉积温度刺激响应型材料,实现根据环境温度调控窗户玻璃的太阳光透过率,减少建筑物能耗的节能窗户。二氧化钒(VO₂)是一种典型的热致相变材料,在～68℃发生金属-绝缘体相变,相变前后伴随光学性能的显著变化,在智能窗等多个领域有潜在的技术应用。然而,当前VO₂基热致变色智能窗的应用仍存在着相变温度(τ_c)偏高、可见光透过率(T_lum)低和太阳能调节效率(ΔT_sol)不足等问题,无法满足实际建筑节能的需求。为了解决这些问题,研究人员开展了广泛而深入的工作。化学气相沉积法(Chemical vapor deposition, CVD)能够以合理的成本生产高质量、大面积的VO₂薄膜,受到研究者青睐。本文总结了近年来利用CVD技术制备VO₂薄膜的研究进展,系统介绍常压化学气相沉积、气溶胶辅助化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积、原子层沉积和等离子体增强化学气相沉积等CVD工艺,分析了反应物种类及比例、反...     

二氧化钒-1,4-双(苯并噁唑-2-基)萘复合薄膜及其热致变色和发光性能

二氧化钒(VO₂)是一种较理想的可用于调节室内温度的热致变色智能玻璃材料。然而,VO₂基智能玻璃涂层的应用一直受到其固有的令人不易接受的棕黄色等问题的限制。本文用1, 4-双(苯并噁唑-2-基)萘(KCB)与掺钨二氧化钒纳米颗粒制备了双层结构VO₂-KCB复合薄膜,其中有机荧光分子KCB层吸收太阳光中的紫外线,发出蓝绿色荧光,使复合薄膜在太阳光下呈现浅蓝色或蓝绿色,以改善VO₂薄膜固有的棕黄色。复合薄膜具有9%以上的太阳光调制能力ΔT_sol,可见光透过率T_lum大于73%,且具有较好防紫外性能。这些性能将非常有利于进一步拓展VO₂基智能玻璃涂层的实际应用。      

应力对蓝宝石衬底上生长二氧化钒薄膜结构和光电性能的调控

利用脉冲激光沉积技术在蓝宝石衬底上生长不同厚度的VO₂薄膜, 对薄膜的结构、表面形貌和光电性能进行研究。结果表明: 所沉积的VO₂薄膜为具有单晶性能、表面平整的单斜晶相的VO₂薄膜, 相变前后, 方块电阻的变化可达到3~4个数量级, 在波长为2500 nm的透过率变化最高可达56%, 优化的可视透过率(T_lum)和太阳能调节率( ∆T_sol )为43.2%和8.7%。薄膜受到的应力对VO₂薄膜有重要影响, 可以通过调节薄膜的厚度对VO₂薄膜光电性能实现调控。当VO₂薄膜厚度较小时, 薄膜受到拉应力, 拉应力能使相变温度显著降低, 金属-绝缘体转变性能(MIT)不但与载流子浓度的变化相关, 而且还受载流子迁移率变化的影响;当VO₂薄膜厚度较大时, 薄膜受到压应力, VO₂薄膜的相变温度接近块体VO₂的相变温度, MIT转变主要来自于载流子浓度在相变前后的变化, 其载流子迁移率几乎不变。     

MBE技术蓝宝石衬底上生长VO2薄膜及其太赫兹和金属-绝缘体相变特性研究

采用分子束外延(MBE)技术在单晶蓝宝石衬底上生长了高质量化学计量比二氧化钒(VO₂)薄膜, 通过该技术实现薄膜厚度15~60 nm精确控制。对于优化条件下VO₂薄膜, 实现了电阻率变化超过4个数量级的优异金属-绝缘体相变, 近似于之前报道高质量单晶VO₂相变特性。特别是通过太赫兹时域光谱分析了不同厚度的VO₂薄膜在太赫兹波段的光学特性。结果表明: VO₂薄膜的厚度对其在太赫兹波段的光学特性有很大影响。因此, 为了获得更优的可靠性和重复性能, VO₂薄膜的厚度必须得到精确控制。本研究结果对于下一步VO₂基太赫兹器件研究具有重要意义。     

基于MoS2/SiO2范德华异质结的VO2薄膜转移打印研究

近年来, 柔性电子器件由于在物联网、生物电子等领域的潜在应用引起了研究者的广泛关注。功能氧化物材料在柔性聚合物中的集成已被证明是实现高性能柔性电子器件的有效方式。由于功能氧化物薄膜通常需要高温制备, 直接在柔性聚合物基底上合成高质量的氧化物薄膜仍然是一个巨大的挑战。本研究提出了一种基于MoS₂/SiO₂范德华异质结转移打印大面积VO₂薄膜的方法, 即利用MoS₂和SiO₂薄膜亲疏水性能的不同, 可以仅使用去离子水解离MoS₂/SiO₂范德华异质结界面, 成功将Si/SiO₂/MoS₂/SiO₂/VO₂ 多层膜结构上的VO₂薄膜转印到Si、SiO₂/Si以及柔性基底上。X射线衍射(XRD)结果显示, 转印前后VO₂薄膜的晶体结构没有差异, 变温Raman光谱和变温红外反射光谱证明了转印前后VO₂薄膜良好的金属-绝缘体转变性能。本研究提供了一种有效的功能氧化物薄膜转印方法, 在不引入牺牲层和腐蚀性溶剂的条件下, 实现了VO₂薄膜在任意基底上的低温集成, 为柔性可穿戴电子器件的研制提供了一种新思路。     

溶胶-凝胶旋涂法制备电致变色智能窗用钛酸锂薄膜

从可见光到近红外波段透过率可调制的电致变色材料, 对于智能窗及其热管理方面的应用来说极具吸引力。钛酸锂是一种有潜力的电致变色阴极材料, 但对其在智能窗领域的应用前景还缺乏相关的数据支持。本工作采用溶胶-凝胶旋涂法制备透过率高、结晶性好的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)薄膜, 通过联用电化学工作站和紫外-可见分光光度计原位表征了其电致变色性能。实验发现所有Li₄Ti₅O₁₂薄膜对扫描速率等测试条件十分敏感, 且有优异的双波段调制性能。此外, Li₄Ti₅O₁₂薄膜厚度对材料的初始态透过率、调制幅度、响应时间、电压窗口和循环耐久性均有显著影响。其中450 nm厚的Li₄Ti₅O₁₂着色/褪色响应时间分别为19.1和8.9 s, 透过率调制在可见光区(550 nm处)为45%, 经过20000 s连续循环, 性能未发生明显衰退。Li₄Ti₅O₁₂薄膜在近红外波段(1000 nm处)的透过率调制高达80%, 表现出优秀的节能潜力。本研究成功组装了由灰色至蓝色、循环性能良好的全固态无机电致变色器件: Glass/FTO/Li₄Ti₅O₁₂/LiNbO₃/NiO_x/ITO, 证明钛酸锂作为电致变色智能窗材料有潜力走向普及应用。     

二氧化钒金属-绝缘相变的回线宽度及其调控研究进展

优异的金属-绝缘相变性能使得二氧化钒(VO₂)具有广阔的应用前景。回线宽度是影响VO₂实际应用的一个重要指标，不同类型的器件对回线宽度的要求不同。传感类器件要求VO₂的回线宽度要尽量小，而存储类器件则要求VO₂具有较大的回线宽度。为了满足不同器件的应用要求，研究人员已通过磁控溅射法、溶胶-凝胶法、聚合物辅助沉积法和脉冲激光沉积法等方法制备了VO₂,并对其回线宽度进行了研究。本文先从形貌(颗粒大小、颗粒形状和晶界)、元素掺杂和择优取向三个方面对回线宽度的研究进行了总结；然后，对二氧化钒回线宽度的调控机理进行了讨论；最后，指出当前研究中的不足，并对将来的工作进行了展望。     

VO2(B)/ZnO异质复合纳米棒结构的室温NH3敏感性能研究

以VO₂(B)纳米棒为内核, 利用液相生长法制备了VO₂(B)/ZnO异质复合纳米棒, 研究了ZnO生长溶液浓度对复合结构微观形貌和气敏性能的影响规律。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合结构样品的微观形貌和结晶取向进行表征, 并测试了复合结构对NH₃的敏感性能。实验结果表明, 随着ZnO种子液浓度的增大, ZnO逐渐由纳米颗粒生长为纳米棒结构, 当ZnO种子液浓度为0.01 mol/L时, ZnO呈棒状沿径向发散生长在VO₂(B)纳米棒表面, 形成树枝状VO₂(B)/ZnO异质复合纳米棒结构, 这一结构在室温下表现出对NH₃的高灵敏度和突出的选择性, 其灵敏度最大可达5.6, 对NH₃的响应时间最短仅为2 s。在室温下表现出的优良NH₃敏感性能, 主要与高密度的VO₂(B)/ZnO异质结和树枝状结构有关。研究结果为低功耗高灵敏度NH₃气敏传感器的研制提供了重要依据。     

掺锡TiO2复合薄膜的制备和光催化性能的研究

通过溶胶-凝胶工艺在玻璃表面制备了均匀透明的掺锡锐钛矿型TiO₂光催化复合薄膜,用SEM、XRD、XPS等对薄膜进行了表征。薄膜中除含有Ti,O, Sn等元素外,还存在一定量的来自有机前驱物未完全燃烧的C元素和从玻璃表面扩散到薄膜中的Na和Ca元素。甲基橙水溶液的光催化降解实验表明:掺锡TiO₂复合薄膜的表观降解速率常数明显高于未掺锡TiO₂薄膜的表观降解速率常数,这为进一步提高TiO₂薄膜的光催化活性开辟了新的途径。      

磁控溅射制备 VO_2 热致变色薄膜的研究

研究了用磁控溅射制备ＶＯ２热致变色薄膜。在不同的Ｏ２／Ａｒ＋Ｏ２流量比下，沉积了一系列ＶＯｘ薄膜，给出了沉积速率以及高温／低温下电阻率变化的规律。得到了组分比较纯的ＶＯ２热致变色薄膜。研究了薄膜的光透射谱和相变过程中电学性质的变化。     

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.     

Giant phase transition properties at terahertz range in VO₂ films deposited by sol-gel method

VO(2) films were fabricated on high-purity single-crystalline silicon substrate by the sol-gel method, followed by rapid annealing. The composition and microstructure of the films were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and atomic force microscopy (AFM). The results indicated a polycrystalline nature with high crystallinity and compact nanostructure for the films, and the concentration of +4 valence vanadium is 79.85%. Correlated with these, a giant transmission modulation ratio about 81% of the film was observed by terahertz time domain spectroscopy. The experimentally observed transmission characteristics were reproduced approximately, by a simulation at different conductivities across the phase transition. According to the effective-medium theory, we assumed that it is important to increase the concentration of +4 valence vanadium oxide phases and improve the compactness of the VO(2) films for giant phase transition properties. The sol-gel-derived VO(2) films with giant phase transition properties at terahertz range, and the study on their composition and microstructure, provide considerable insight into the fabrication of VO(2) films for the application in THz modulation devices.     

Al2O3基陶瓷及玻璃基底制备Ta-N薄膜微结构与电学特性的比较研究

在N2、Ar气氛中,采用反应直流磁控溅射法在Al2O3基陶瓷及玻璃基底上制备了Ta-N薄膜,并对各样品的形貌结构、化学组分及电学特性进行了比较分析研究。结果表明,沉积于Al2O3陶瓷及玻璃基底的Ta-N薄膜分别呈团簇状生长与层状紧密堆积生长;Al2O3陶瓷基底沉积的Ta-N为单相薄膜,而玻璃基底上的Ta-N薄膜,随N2、Ar流量比增加,呈单相向多相共存转变;薄膜表面形貌和微结构与基底材料的原始形貌和微结构紧密相关,这说明基底材料对薄膜的形成有重要的影响;N2、Ar流量比相同时,玻璃基底上沉积的Ta-N薄膜电性能优于Al2O3基陶瓷基底上沉积的Ta-N薄膜。     

真空还原制备的VO2热致相变薄膜Raman光谱和红外光谱研究

报道了利用真空还原制备的VO2薄膜的红外透射光谱和Raman光谱，并进行370－900nm波段的光透射测试以及900nm波长的热滞回线特性测试，表明所制备VO2薄膜具有优良的热致相变光学特性，结晶状态不同的薄膜其Raman谱位置有明显改变，室温时的红外光谱表现出较好的红外振动特性。讨论了薄膜结晶状态对Raman位移的影响以及VO2薄膜的红外光谱。     

Reactive pulsed-DC sputtered Nb-doped VO2 coatings for smart thermochromic windows with active solar control

Thermochromic VO2 thin films have successfully been grown on SiO2-coated float glass by reactive pulsed-DC magnetron sputtering. Different Nb doping amounts were introduced in the VO2 solid solution during the film growing which resulted in films with distinct semiconducting-metal phase transition temperatures. Pure VO2 showed improved thermochromic behavior as compared with VO2 films prepared by conventional DC sputtering. The transition temperatures were linearly decreased from 59 down to 34 degrees C with the increase in Nb content. However, the luminous transmittance and the infrared modulation efficiency were markedly affected. The surface morphology of the films was examined by scanning electron microscopy (SEM) and showed a tendency for grain sized reduction due to Nb addition. Moreover, the films were found to be very dense with no columnar microstructure. Structural analyses carried out by X-ray diffractometry (XRD) revealed that Nb introduces significant amount of defects in the crystal lattice which clearly degrade the optical properties.     

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。     

Nanoporous thermochromic VO(2) films with low optical constants, enhanced luminous transmittance and thermochromic properties

Nanoporous thermochromic VO(2) films with low optical constants and tunable thicknesses have been prepared by polymer-assisted deposition. The film porosity and thickness change the interference relationship of light reflected from the film-substrate and the air-film interfaces, strongly influencing the optical properties of these VO(2) films. Our optimized single-layered VO(2) films exhibit high integrated luminous transmittance (T(lum,l) = 43.3%, T(lum,h) = 39.9%) and solar modulation (ΔT(sol) = 14.1%, from T(sol,l) = 42.9% to T(sol,h) = 28.8%), which are comparable to those of five-layered TiO(2)/VO(2)/TiO(2)/VO(2)/TiO(2) films (T(lum,l) = 45%, T(lum,h) = 42% and ΔT(sol) = 12%, from T(sol,l) = 52% to T(sol,h) = 40%, from Phys. Status Solidi A2009, 206, 2155-2160.). Optical calculations suggest that the performance could be further improved by increasing the porosity.     

TaOx薄膜在VOx薄膜离子注入/抽出性能研究中的应用

利用在可见光谱具有高透射比的TaOx离子导体薄膜作为保护层 ,研究了与水溶液发生化学反应的VOx薄膜的电化学性能及相应的可见光透射性能和色度变化。厚 10 0nm的TaOx薄膜即可达到对VOx薄膜的保护 ,避免水溶液对VOx薄膜的溶蚀 ,同时又不影响离子对VOx薄膜的注入 /抽出     

氧化钒薄膜的结构、性能及制备技术的相关性

氧化钒薄膜及其在微电子和光电子领域中的已成为国际上新颖的功能材料研究的热点之一。本文综述了V2O5和VO2薄膜电学性能与薄膜组分的结构的相关性,比较了不同工艺制备的氧化钒薄膜的电学性能差异。