VO_2-WO_3复合薄膜的制备及其热致变色-电致变色性能研究

智能玻璃是目前建筑节能重点研究方向。本研究将自制氧化钒纳米粉体均匀分散到钨溶胶体系,取上清液旋涂于ITO基板,经干燥、退火后制得VO_2(M)-非晶WO_3复合薄膜。实验结果表明,所制备的VO_2(M)-非晶WO_3复合薄膜兼具热致变色和电致变色性能,通电后薄膜表现典型的电致变色特征,可见光和近红外光透过率明显下降。退火过程中,部分W掺杂到VO_2中,使薄膜的热致相变温度降低10°C左右。复合薄膜在双响应条件下,其可见光透过率为32.6%、调控效率为18.8%。     

掺钨VO_2纳米粉体的制备及其热致相变特能的研究

以偏钒酸铵(NH_4VO_3)和偏钨酸铵((NH_4)_6H_2W_(12)O_(40).XH_2O)为分别为钒源和掺杂剂,采用水热法进行掺杂钨(W)离子的二氧化钒(VO_2)粉体的制备,在通有氩气气氛的管式炉中600℃热处理6 h后得到纯净的掺杂W二氧化钒粉体,通过XRD、SEM及XPS分析所制备的掺钨二氧化钒的晶体结构、表面形貌以及组分价态的变化。利用DSC及FTIR检测其相变温度点以及相变前后的红外透过率。结果表明:制备出的掺杂W的VO_2粉末为M型纳米片状粉体,钨元素以W~(6+)形式掺入VO_2晶体,取代晶格中部分V原子。随着W离子的摩尔比的增加,VO_2的相变点明显下降,当掺量为2%时,其相变点降低为43℃,相变前后的红外透过率也发生了显著地下降,最大下降量达到40%。     

纳米片状B与M相VO_2催化二氯甲苯氨氧化反应研究

以NH_4VO_3和草酸为起始原料制备了纳米片结构的VO_2(B)和VO_2(M),并将所制备材料及V_2O_5应用于3,4-二氯甲苯及2,6-二氯甲苯(DCT)氨氧化制备相应二氯苯腈(DCBN),考察了不同钒氧化物在氨氧化过程中的化学组成和晶型结构变化及其对催化性能的影响。多种表征结果表明,氨氧化后的所有样品均由VO_2(M)、V_2O_5及V_6O_(13)混合相组成。氨氧化测试结果表明,VO_2(B)样品表现出较好的催化性能,获得的3,4-DCBN和2,6-DCBN的产率分别为55. 9%和42. 7%。     

钼氟共掺杂二氧化钒的制备与表征

本文采用水热法制备钼氟共掺杂VO_2粉体,运用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)、X-射线能谱仪(EDS)和热分析仪(DSC)探究了煅烧温度、水热时间、掺杂量、对粉体制备的影响;填充比、尿素含量、反应液浓度对粉体形貌的影响;以及掺杂比例对VO_2相变温度的影响。结果表明:不同煅烧温度可以制备出不同的钒氧化物,其中600℃附近的煅烧温度比较适合制备M型VO_2,水热时间的增长有利于M型VO_2的生成;通过改变填充比、尿素含量和反应物浓度,可以制备出不同的形貌的M型VO_2;通过掺杂钼氟元素可以降低VO_2的相变温度,其中1.5%的钼氟掺杂比的相变温度可以达到48.6℃。     

二氧化钒薄膜制备方法研究进展

VO_2是一种受人关注的功能材料,在68℃附近发生从高温金属相到低温半导体相的突变,且相变可逆。由于相变前后其电、磁、光性能有较大的变化,使得它在智能玻璃、存储介质和非制冷红外成像等方面有着广泛的应用。由于制备高纯度VO_2薄膜较为困难,因此人们对VO_2薄膜的制备进行了大量的研究工作。文章综述了VO_2薄膜的各种物理制备方法与化学制备方法以及他们的最新研究进展,根据对不同制备方法优缺点的分析及探讨,对二氧化钒薄膜制备方法的研究方向进行了展望。     

有机玻璃表面透明导电薄膜制备方法研究

对有机玻璃表面透明导电膜的结构、制备工艺和特性进行了研究,通过金属氧化物复合薄膜的膜系结构设计,采用磁控溅射镀膜方法和最佳工艺参数的控制,完成了有机玻璃镀膜样片的制备。通过镀膜样片特性检测,结果表明:沉积时间60 s、厚度5 nm的情况为最佳金膜沉积参数;镀膜试验样片方块电阻为8Ω/□,可见光波段的平均透过率达到70%,具有较好的电导、光学和环境适应综合特性指标。     

SnO2∶Sb/SiO2复合薄膜的制备与光学性能

采用溶胶-凝胶结合旋涂技术在玻璃基底上制备了SnO2∶Sb/SiO2复合薄膜,利用XRD、FT-IR、SEM、椭偏仪、分光光度计等方法对薄膜样品进行了系统地表征。结果表明:经过热处理后样品生成了SnO2∶Sb和SiO2;薄膜具有双层结构,上层SiO2厚度约105 nm,折射率为1.352,底层SnO2∶Sb厚度约1200 nm,折射率为1.91;优化工艺条件下SnO2∶Sb/SiO2复合薄膜的性能优于SnO2∶Sb薄膜,在相同情况下SnO2∶Sb/SiO2复合薄膜对可见光的透过率大于SnO2∶Sb薄膜,这是因为上层SiO2薄膜折射率较低,与底层高折射率SnO2∶Sb薄膜共同构成减反射膜系,提高了膜系的可见光透过率。相比于单层SnO2∶Sb膜,在可见光部分增透率大于4.5%,近红外波段的增透率小于1.0%,基本保持原有导电膜的低红外辐射特性,并提高了可见光透过率。     

热处理V膜制备VO_(2)薄膜的结构和光电性能EI北大核心CSCD

先用磁控溅射法在石英玻璃基片上制备了金属V膜,然后经过真空退火处理被转变为VO_(2)薄膜。研究了退火温度对VO_(2)薄膜表面形貌、晶体结构、光学性能和电学性能的影响。结果表明:随着退火温度由300℃增加到450℃,VO_(2)薄膜的结晶度明显增加。退火温度在400℃和450℃制备的样品是高纯M相单斜结构,晶粒发育较好,晶界清晰。不同温度退火的样品的表面V元素包含由4+和5+态,5+态的出现是由于表面V元素受环境中氧化导致。虽然退火温度的改变对VO_(2)薄膜的可见光透过率无明显影响,但是可以改善对太阳光的调节效率。VO_(2)薄膜半导体-金属相变温度和半导体相的电阻随热处理温度增加而增加,在400℃和450℃退火样品电阻相变前后的变化幅度可达2个数量级,450℃退火制备样品的滞后宽度和半导体金属相变临界温度分别为14.6℃和61.0℃。     

衬底温度调制生长GZO薄膜的性能研究

利用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备ZnO∶Ga透明导电氧化物薄膜,主要研究了一种类调制掺杂工艺对GZO薄膜的薄膜形貌结构和光电性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)和四探针测试仪对GZO薄膜进行表征。结果表明:不同的衬底温度调制下生长的GZO薄膜都具有明显的c轴择优取向,对于衬底温度调制条件下,在150℃/RT条件下的薄膜结晶最好,且在可见近红外波段(480~1600 nm)平均透过率达到85.4%左右,薄膜最低方阻达到60Ω/□。     

不同退火温度对HfO_2薄膜结构和性能的影响

采用等离子增强蒸发镀膜方法在石英玻璃上制备了HfO_2薄膜,并进行了退火实验。利用X射线衍射(XRD)、纳米压入仪、紫外-可见分光光度计等分别研究了不同退火温度对HfO_2薄膜表面硬度、晶体结构和光学性能的影响。结果发现:未退火的HfO_2薄膜为非晶结构,退火之后,薄膜变为多晶结构,呈现出(002)晶面择优生长;随着退火温度的增加,膜层的表面硬度有明显提高;退火后,可见光波段和近红外波段透过率没有明显的变化。     

活性炭还原五氧化二钒制备二氧化钒

以V2O5为原料,活性炭为还原剂,采用碳热还原法制备了VO_2。探讨了还原剂用量和反应时间对各价态钒氧化物质量分数的影响,采用化学滴定法、XRD、SEM和DSC分析了产品的纯度、物相、形貌和相变温度。结果表明:在V2O5和活性炭的物质的量比为2∶1、反应时间为5 h的条件下,所得产品纯度(以VO_2质量分数计)为99.6%,VO_2转化率达到93.9%。产品为M相VO_2,其颗粒细小(粒径为110μm)且结晶性良好。     

蓝宝石衬底上SiO2薄膜的制备与光学性能

以硅单晶为靶材,高纯的Ar和O2气分别为溅射气体和反应气体,采用射频磁控反应溅射法,在蓝宝石衬底上制备了SiO2薄膜,溅射的工艺参数范围是：射频功率为50～100W,样品托背面温度为25～400℃,沉积速率为4～6nm／min。对影响薄膜质量的工艺参数进行了分析,探索出使蓝宝石镀膜后的红外透过率有最大幅度提高的最佳工艺条件。结果表明,所制备的SiO2薄膜与蓝宝石衬底结合牢固;在3～5μm波段对蓝宝石衬底有明显的增透作用。与其它镀膜技术相比,射频磁控反应溅射法可以在较低的温度下制备出SiO2薄膜。     

W掺杂VO_2薄膜的椭圆偏振光谱表征

利用MSP-3200三靶共溅射镀膜机,射频磁控溅射在石英基底上反应溅射制备单斜相(M相)VO_2薄膜及W掺杂单斜相(M相)VO_2薄膜。利用WVASE32椭圆偏振仪及变温附件在350~2 500 nm波长范围内对相变前后的VO_2薄膜及W掺杂VO_2薄膜进行光谱测试,运用Lorentz谐振子色散模型结合有效介质近似模型对椭偏参数进行拟合。结果表明:W掺杂的VO_2薄膜与纯相的VO_2薄膜相比,光学常数n、k随波长的变化趋势相同,但W掺杂后的VO_2薄膜的折射率n小于纯相VO_2薄膜的折射率,而消光系数k值大于纯相VO_2薄膜的k值。W的掺入增加了薄膜的致密度,同时增加了薄膜内部自由载流子的浓度。     

真空烧结技术制备Er:(Yb_(1–x)La_x)_2O_3透明陶瓷

采用冷等静压-真空烧结技术制备尺寸为?10 mm×l mm的Er:(Yb1–xLax)2O3陶瓷。通过分析粉体的X射线衍射谱和陶瓷的扫描电子显微镜照片,确定陶瓷制备条件为:在1 750℃烧结20 h和在1 450℃退火20 h。陶瓷样品在可见光波段透过率为50%左右,在近红外波段透过率最高达到82%。测试了陶瓷的吸收光谱、发射光谱和上转换发射光谱,并探讨了上转换发光机制。结果表明:陶瓷在977 nm处有强吸收,发射最强峰在1 545 nm处,上转换发出较强的绿光(542 nm)和蓝光(484 nm)。     

籽晶层辅助的高性能VO_2薄膜的低温制备

采用磁控溅射法,以VO_2为溅射靶材在硅和石英基底上制备出纯VO_2晶相(B相和M相)薄膜。借助衬底上籽晶层的辅助,将VO_2薄膜沉积过程中同时进行的成核与生长过程分离成2个独立的阶段,通过籽晶层辅助生长可有效地降低了VO_2薄膜的制备温度,在低至350℃仍可制备出热敏性能较好的VO_2(B相)薄膜,并且在325℃制备了具有一定结晶度的VO_2薄膜;进一步延长了低温籽晶层辅助的VO_2薄膜的退火时间,薄膜逐渐向M相转变,可期望实现智能窗和光控开关器件中的良好应用。     

热处理V膜制备VO_2薄膜的结构和光电性能

先用磁控溅射法在石英玻璃基片上制备了金属V膜,然后经过真空退火处理被转变为VO_2薄膜。研究了退火温度对VO_2薄膜表面形貌、晶体结构、光学性能和电学性能的影响。结果表明:随着退火温度由300℃增加到450℃,VO_2薄膜的结晶度明显增加。退火温度在400℃和450℃制备的样品是高纯M相单斜结构,晶粒发育较好,晶界清晰。不同温度退火的样品的表面V元素包含由4+和5+态,5+态的出现是由于表面V元素受环境中氧化导致。虽然退火温度的改变对VO_2薄膜的可见光透过率无明显影响,但是可以改善对太阳光的调节效率。VO_2薄膜半导体-金属相变温度和半导体相的电阻随热处理温度增加而增加,在400℃和450℃退火样品电阻相变前后的变化幅度可达2个数量级,450℃退火制备样品的滞后宽度和半导体金属相变临界温度分别为14.6℃和61.0℃。     

退火真空度与氧化钒薄膜物相的相关性

以高纯五氧化二钒(V2O5)粉末(纯度≥99.99%,质量分数)为原料,用真空蒸发工艺制备出氧化钒薄膜,并测试其在真空退火前、后的X射线光电子能谱、X射线衍射谱及电阻-温度关系曲线.结果显示:低真空退火对氧化钒薄膜的还原性比高真空退火的强.但是,在高真空退火下得到的氧化钒薄膜的晶粒尺寸要比在低真空下退火的大.随退火温度升高,高真空下退火制备的薄膜经历了从VO2(B)到V02(B)与V6O13混合,再到V6O13的转变过程,B表示薄膜无热致相变特性.低真空下退火制备的薄膜经历了从VO2(B)到VO2(A)的转变,A表示薄膜有热致相变特性.这些薄膜的电学性质也有很大不同.     

不同工艺对PANI/PAA复合薄膜的电致变色性能影响研究

采用直接聚合法与逐层镀膜法分别成功制备了聚苯胺(PANI)/聚丙烯酸(PAA)复合薄膜,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法考察了两种工艺制备的薄膜的形貌和微结构,并测定了两种复合薄膜的循环伏安性能(CV)、电流响应特性(CA)及电致变色性能。结果表明,SEM与FT-IR证实了两种方法制备的PANI/PAA复合薄膜仅在材料结构上有所不同;直接聚合法制备的PANI/PAA复合薄膜(PANI/PAA-DP)表面具有较大颗粒,2对明显的氧化还原峰,氧化态和还原态的响应时间分别为120ms和226ms,在600~700nm波长处的透过率调制幅度为10%;逐层镀膜法制备的PANI/PAA复合薄膜(PANI/PAA-LP)具有多孔的网络结构,3对氧化还原峰,氧化还原反应更明显,电致变色性能更优异,其氧化态和还原态的响应时间分别为45ms和67ms,在600~700nm波长处的透过率调制幅度可达40%。     

Ag纳米阵列嵌埋单斜相二氧化钒复合薄膜的制备及光/电性能

基于六角密排聚苯乙烯(PS)模板,采用电子束蒸镀法在石英基片上制备了Ag纳米阵列嵌埋的单斜相二氧化钒复合薄膜(Ag NPAs/VO₂(M)),研究复合薄膜的微观结构、相变特性及光透过率。结果表明:复合薄膜中同时存在VO₂(M)和Ag两相。复合薄膜相变温度(TC)低至55℃,通过能带模型分析揭示了Ag纳米颗粒的嵌入使得复合薄膜中自由电子浓度升高,诱发相变在较低温度处发生。相对于纯的VO₂薄膜,在590～750 nm波段的透射率明显减弱,归因于复合薄膜中Ag NPAs对590～750 nm波段的可见光共振吸收,使得VO₂薄膜固有的棕黄色被削弱。     

气溶胶辅助CVD法制备F掺杂SnO2薄膜及其性能

采用气溶胶辅助化学气相沉积法(AACVD)在玻璃衬底上沉积F掺杂SnO_2(FTO)薄膜,研究了前驱液中不同F/Sn摩尔比制备的FTO薄膜的结构、表面形貌、光学、电学及光致发光性能。结果表明:所制备FTO薄膜均为(200)面择优取向的多晶四方金红石相结构;前驱液中F/Sn摩尔比的增加,会导致(110)面的衍射峰强度增加,薄膜表面堆积颗粒形状发生变化,薄膜样品光学透过率提升;当F/Sn摩尔比=40%时,FTO薄膜具有最大的载流子浓度1.031×10~(21) cm~(–3)以及最小的电阻率3.42×10~(–4)?·cm,这可归结为适量F的存在产生不同的缺陷影响。(200)面择优取向FTO薄膜光致发光谱可用于表征不同缺陷形式的跃迁。