多孔二氧化釩薄膜的磁控濺射制備和性能優(yōu)化.pdf

1、VO2晶體在68oC時會發(fā)生半導體（M相）-金屬相（R相）轉變，相變前后近紅外光（太陽輻射熱的主要波段）透過率會有很大變化。基于這一特性，VO2薄膜可應用于建筑節(jié)能鍍膜玻璃，通過環(huán)境溫度的變化實現(xiàn)對太陽光的智能調控，從而達到建筑節(jié)能的目的。VO2薄膜在應用時存在可見光透過率和太陽光調制效率低的問題，為此，國內外學者做了大量研究，但是能夠實現(xiàn)兩項性能同時提高的報道較少。近來國外研究人員通過計算機模擬發(fā)現(xiàn)，將VO2顆粒分散到電解質中或是在薄

2、膜中引入氣孔可以顯著提高可見光透過率，并且不降低薄膜的熱色性能，因此多孔VO2薄膜的可控制備是實現(xiàn)其商業(yè)應用的研發(fā)熱點。目前已有通過濕化學法制備出多孔VO2薄膜的報道，確實觀測到了可見光透過率與太陽光調制效率的同步提升。磁控濺射法作為物理鍍膜法，具有沉積速率高，適于大面積鍍膜等優(yōu)點，在薄膜實際生產(chǎn)中被廣泛應用。因此，利用磁控濺射法制備出多孔結構VO2薄膜對于實現(xiàn)智能窗的商業(yè)應用具有重要意義。
　　本文采用釩碳雙靶磁控濺射和傾斜磁控

3、濺射兩種方法在石英玻璃基片上分別制備出V/C混合前驅體膜和純V前驅體膜，然后退火氧化得到了多孔結構VO2薄膜；研究了退火工藝制度以及不同碳摻量和沉積角度對薄膜光學性能的影響，通過添加緩沖層的方式在普通玻璃基片上制備出了具有相變性能的VO2薄膜，并且比較了不同緩沖層上制備出的薄膜性能及微觀結構之間的差異。具體內容如下：
　?。?）采用碳釩雙靶磁控濺射法，通過碳摻量和熱處理參數(shù)的優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，在碳靶和釩靶濺射功率分別50 W和77 W，濺

4、射時間15 min，熱處理溫度400oC、熱處理氣壓500 Pa和熱處理時間2小時條件下制備出的薄膜具有最優(yōu)綜合性能，可見光透過率（Tlum）和太陽光調制效率（ΔTsol）分別為40.4％和6.8%。進而利用XRD和SEM詳細表征了薄膜的晶相組成和微觀形貌，發(fā)現(xiàn)隨著碳摻量的增大，薄膜中VO2的晶體含量減少，根據(jù)衍射峰的位置判斷有少量C進入了VO2晶格內部取代了O原子的位置，但是并沒有形成碳化釩晶體或者晶體碳；此外，隨著碳摻量的增大，薄膜

5、的致密度明顯降低，晶粒形貌由長棒狀和細小顆粒的混合形貌向單純的細小顆粒形貌轉變，且薄膜中氣孔的含量逐漸增加。
　　（2）傾斜沉積角度對薄膜的光學性能和微觀形貌都有較大影響。隨著沉積角度由0°增大到60°，薄膜的可見光透過率逐漸增大，太陽能調制效率下降。結合微觀形貌分析，可能與薄膜表面平整度差、顆粒的無序度高、尺寸分布不均勻等因素有關。
　　（3）通過添加緩沖層的方式能夠在玻璃基片上制備出熱色性能優(yōu)異的VO2薄膜，其關鍵在于能