低温相变V1-xMoxO2-yFy(M)的固相合成及其光学隔热性能研究

为解决低温热致相变性VO₂(M)智能窗材料实际应用对绿色节能生产技术的需求,借助偏心振动磨作为预处理分散设备,以V₂O₅和酸为原料,优化了固相法合成VO₂(M)的合成工艺,研究了Mo/F共掺型低温热致相变V_1-xMo_xO_2-yF_y 材料的制备工艺及Mo/F掺量对VO₂(M)的相变调控规律,评价了其光学及隔热性能。结果显示10 min/10.0 g原料的研磨时间和750℃的焙烧温度下可获得纯相VO₂(M)。以钼酸铵和氟化铵为Mo/F共掺原料,可获得相变温度随掺量呈规律性下降的低温热致相变V_1-xMo_xO_2-yF_y(M),2%Mo和3%F掺杂后VO₂(M)相变温度降低至38.20℃。VO₂(M)和V_1-xMo_x<...     

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。     

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。     

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...     

二氧化钒薄膜的研究进展

系统总结了VO₂薄膜常用的制备方法,并针对目前热色智能窗用VO₂薄膜存在的问题,如透过率低、调节率不理想等,详细综述了提高VO₂薄膜性能的工艺改进途径,包括沉积减反层、加入折射率小的材料、掺杂等,以揭示改善VO₂薄膜的最佳途径,为推进VO₂智能窗的实用化提供依据。     

一种简单的控制二氧化钒M相热滞回线宽度的方法研究

本文以VO₂(A)纳米线为前驱体和模板进行退火处理,制备出竹状VO₂(M)纳米线。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等方法对其外部形貌、内部结构以及热致相变特性进行了系统性研究。微观表征发现所制备的VO₂(M)纳米线由晶粒自组装而成,且内部具有独特的多孔结构。进一步在0.18 L/min、0.25 L/min、0.5 L/min和1 L/min的氮气流速下对VO₂(A)纳米线进行退火处理,发现随着氮气流速的增加,构成纳米线的晶粒尺寸减小,纳米线内部气孔的数量逐渐减少。实验结果表明氮气流速可能是影响VO₂(M)纳米线形貌和微观结构的重要原因。最后,对上述方法制备的M相VO₂的热致相变特性进行了测试,结果显示VO₂(M)纳米线的热滞回线的宽度可通过氮气流速调节,实现1～3℃的宽度变化。     

船体用钢板基底超疏水表面的制备和性能

采用激光加工技术构建微米级的表面微结构,将SiO₂纳米粒子均匀分散在低表面能含氟聚合物中形成聚合物基纳米复合材料,并将其涂覆在表面微结构上构建微纳双层仿生结构,获得了超疏水船体钢板表面。用光学显微镜、扫描电镜和x射线光电子能谱等手段表征其形貌和表面元素,用接触角测量仪测量了表面接触角。结果表明,与具有单一的微米或纳米结构的表面相比较,具有微纳双层结构的表面可以获得更大的接触角。接触角与纳米SiO₂浓度有关,浓度越高,接触角越大。当SiO₂的浓度为0.167mol/L,接触角可达168 2°。单一微米结构和纳米结构的表面符合Wenzel模型,即使将表面竖直放置,液滴仍不会滚落。微纳双层结构的表面符合Cassie模型,具有大的接触角和小的滚动角,且滚动角随SiO₂浓度的增大而减小。当SiO₂的浓度为0.167mol/L,滚动角仅为0.29°     

多功能电子信息材料MoS2的制备及其催化性能研究

半导体材料作为电子信息材料的一种，因具有较宽的禁带宽度和高的载流子迁移率成为了人们关注的热点材料之一。通过水热法制备了不同质量分数Ag掺杂(0,1%,3%,5%,7%)的MoS₂复合材料，采用XRD、SEM、UV-Vis、FT-IR、Raman和催化性能分析等手段对Ag掺杂MoS₂复合材料的晶体结构、微观形貌、光谱性能和催化性能进行了测试与表征。结果表明，水热法合成了单一相的六方晶系MoS₂,Ag成功掺杂到了MoS₂中。Ag掺杂的MoS₂复合材料为纳米片堆积形成的圆球状结构，Ag掺杂增大了MoS₂纳米球的直径，尺寸在300～350 nm之间。Ag的掺杂诱导了MoS₂的晶型从2H-MoS₂相结构向1T-MoS₂相结构转变，1T-MoS₂相结构的晶型含量增加。MoS₂复合材料对于可见光和紫外光的吸收能力增强，5%(质量分数)Ag掺杂的MoS_2...     

二氧化钛介晶的制备与性能研究现状

TiO₂介晶作为一种新型半导体材料，是由定向排列的初级纳米晶取向自组装形成的三维有序聚集体。因其独特的结晶方式而具有不同于传统TiO₂材料的独特性质，并且用相同合成方法所得TiO₂介晶的形貌结构大不相同，具有相同形貌结构的TiO₂介晶的性能和应用也大相径庭。概述了介晶的形成机理，总结了TiO₂介晶的制备方法，如水/溶剂热法、拓扑转化法、反相微乳液法等以及TiO₂介晶的光电催化性能，最后对TiO₂介晶的应用前景和研究方向进行了展望。     

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。     

高折射率ZrO2纳米杂化材料的制备与研究

以4,4’-二羟基二苯硫醚和9,9-二(4-羟苯基)芴，环氧氯丙烷为原料，在碱性条件下缩聚合成一种含S元素含芴结构的环氧树脂基体；通过溶胶-凝胶法，以四正丁醇锆为前驱体，以KH560为偶联剂，在基体上原位合成无机纳米ZrO₂粒子，再经过热固化制备出一种具有高折射率的光学纳米杂化材料。通过红外光谱、¹H核磁共振、X射线衍射、纳米粒度仪等手段对杂化材料的结构进行表征，并采用紫外分光光度仪、热重分析仪、椭圆偏振光谱仪对其性能进行了表征与测试。结果表明：ZrO₂粒子在聚合物基体中合成，并以纳米粒度均匀分散，杂化材料具有很好的光学性能，在可见光范围内普遍保持90%以上的透过率，随着ZrO₂含量的增加，杂化树脂折射率呈线性增加，ZrO₂含量在19.33%时，折射率达到1.739。     

一维SnO2的合成及在触点材料中的应用研究进展

SnO₂是O=Sn=O结构，是一种n型、宽带隙(3.6 eV)半导体氧化物，因其独特的的电子、光学和热性能，而引起广泛关注。近年来，研究者制备了1D SnO₂材料，如纳米棒、纳米管、纳米带、纳米线、纳米纤维、纳米晶须等纳米结构。采用热蒸发、溶胶凝胶法、微乳液法、水热法、化学气相沉积、静电纺丝、脉冲激光沉积和光刻等方法合成1D SnO₂纳米结构，已成为介观物理和纳米器件的研究热点。本文对1D SnO₂纳米结构的合成技术和生长机制的相关文献进行了调查，对1D SnO₂形貌在Ag基电接触材料中的应用进行了综述。提出一维完美单晶材料是制备高性能电接触材料的发展方向。     

形貌可控及光学吸收性能可调的钙钛矿型SrTiO3纳米结构的原位生长

钙钛矿相SrTiO₃在太阳能电池、光催化、燃料电池, 超导等领域均有广泛应用, 这些应用均与其晶体质量、形貌、暴露晶面和光学吸收等特性息息相关。本文通过微弧氧化-水热两步法原位制备了两种典型形貌的SrTiO₃纳米晶。结果表明, 随着微弧氧化电解液锶源浓度的降低, SrTiO₃形貌从立方块状转变为超薄片状。进一步分析表明, 所得的SrTiO₃立方块和Sr_1-δTiO₃纳米片均为结晶质量良好的单晶体, 通过分析两种形貌样品的紫外-可见漫反射光谱, 发现Sr_1-δTiO₃纳米片相对于SrTiO₃立方块, 具有明显的尺寸效应诱导的光学吸收蓝移特性。最后, 本研究提出了SrTiO₃的原位生长及形貌演变机制。     

光子晶体光热调控研究

光和热是人类生存的必需条件,合理调控光与热不仅能使人类的生活更加便利,还可以解决探索太空亟需的难题。以光子晶体为代表的微纳结构,可赋予材料本身所不具备的光学特性,通过对关键材料进行微纳结构化,可以显著提高材料的光热调控性能,满足人类在民生和航天应用的需求。本论文从光热调控原理出发,主要包括4个部分:首先是对构建光子晶体的微球合成、蛋白石结构光子晶体和反蛋白石结构光子晶体的制备以及光谱性能进行简介;其次是介绍以光子晶体为代表的微纳结构在光学特性调控中的应用:光子晶体波段选择性反射的光学特性和仿蛾眼微纳结构的抗反射光学特性;随后依据辐射传热原理介绍微纳结构光热调控在智能热控和智能窗上的应用;并简单介绍国际上热门的微纳结构辐射自制冷的研究;最后结合国内外光热调控的研究现状展望其应用前景。     

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。     

Mg掺杂TiO2纳米晶光氧化还原染料的可逆颜色转变研究

由于非直接接触、远程控制、高效及快捷的优点, 光可逆颜色转换材料在信息存储、显示器件、传感器等领域有着重要应用。复合无机材料和有机材料, 实现协同增效, 是新型光驱动可逆颜色转换材料的研究热点之一。本研究采用一步液相合成法制备粒径约为5 nm的锐钛矿型Mg²⁺掺杂TiO₂纳米晶, 通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱和拉曼光谱等表征手段确认材料的组成结构, 并对比研究了Mg²⁺掺杂TiO₂对亚甲基蓝(MB)光可逆颜色转换性能的增强效应。结果表明, 掺杂Mg²⁺在TiO₂晶格中能产生杂质能级, 有效抑制了光生载流子的复合, 提高了TiO₂光氧化还原MB的活性; 另一方面, 掺杂Mg²⁺降低了TiO₂纳米晶的吸收波长, 在可见光照射下能够有效地抑制MB向还原态LMB的转变, 提高系统着色速率。这种基于碱金属掺杂TiO₂纳米晶的光可逆颜色转换材料在许多光电子器件领域具有潜在的应用价值。     

性能增强的双层TiO2复合膜染料敏化太阳能电池

采用水热法制备了一维TiO₂纳米棒阵列、二维TiO₂纳米片和三维TiO₂微球。将TiO₂纳米棒阵列/纳米片-微球双层薄膜应用于染料敏化太阳能电池(DSSC), 研究了TiO₂纳米片与微球的质量比对电池光电性能的影响。采用场发射扫描电镜、氮气吸附脱附等温线、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电化学阻抗谱对样品进行了表征。研究表明, 纳米片与微球的质量比显著影响膜电极的光学和电学特性, 以及电池的光电性能。含50wt% TiO₂纳米片膜电极具有最高的染料吸附量、最强的光吸收、最小的传输电阻和最低的荧光强度。含25wt%、50wt%、75wt%和100wt%纳米片的DSSC的效率分别为1.46%、1.71%、1.26%和1.13%。含50wt% 纳米片的电池具有最优的性能, 这是因为该组分电极具有较好的光吸收特性、较小的载流子复合速率以及较快的电子传输。     

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。     

基于稀土层状氢氧化物的荧光材料研究进展

稀土层状氢氧化物(LRHs)结合了层状化合物的结构特性和稀土离子的功能特性，代表了一类新的功能材料，在光电、催化以及生物医学等领域具有巨大的应用潜力。本文主要综述了LRHs的研究进展，包括Ln₂(OH)₅(A^x-)_1/x·nH₂O (251-LRHs)和Ln₂(OH)₄SO₄·nH₂O (241-LRHs)的可控合成、结构特征、阴离子交换、纳米片剥离，以及在发光领域的应用，重点关注251-LRHs晶体的尺寸和形貌调控及纳米片剥离，总结了LRHs及其煅烧衍生物(氧化物、含氧硫酸盐和硫氧化物)荧光粉、高取向透明薄膜、光学温度传感器的发光特性，展望了LRHs功能化设计的研究方向，以期为今后进一步开发LRHs新型功能材料提供参考。