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(shí)會(huì)發(fā)生半導(dǎo)體（M相）-金屬相（R相）轉(zhuǎn)變，相變前后近紅外光（太陽(yáng)輻射熱的主要波段）透過(guò)率會(huì)有很大變化。基于這一特性，VO2薄膜可應(yīng)用于建筑節(jié)能鍍膜玻璃，通過(guò)環(huán)境溫度的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的智能調(diào)控，從而達(dá)到建筑節(jié)能的目的。VO2薄膜在應(yīng)用時(shí)存在可見(jiàn)光透過(guò)率和太陽(yáng)光調(diào)制效率低的問(wèn)題，為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，但是能夠?qū)崿F(xiàn)兩項(xiàng)性能同時(shí)提高的報(bào)道較少。近來(lái)國(guó)外研究人員通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，將VO2顆粒分散到電解質(zhì)中或是在薄

2、膜中引入氣孔可以顯著提高可見(jiàn)光透過(guò)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(shí)現(xiàn)其商業(yè)應(yīng)用的研發(fā)熱點(diǎn)。目前已有通過(guò)濕化學(xué)法制備出多孔VO2薄膜的報(bào)道，確實(shí)觀測(cè)到了可見(jiàn)光透過(guò)率與太陽(yáng)光調(diào)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(diǎn)，在薄膜實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。因此，利用磁控濺射法制備出多孔結(jié)構(gòu)VO2薄膜對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能窗的商業(yè)應(yīng)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(qū)體膜和純V前驅(qū)體膜，然后退火氧化得到了多孔結(jié)構(gòu)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(duì)薄膜光學(xué)性能的影響，通過(guò)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(jié)構(gòu)之間的差異。具體內(nèi)容如下：
　?。?）采用碳釩雙靶磁控濺射法，通過(guò)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(shí)間15 min，熱處理溫度400oC、熱處理氣壓500 Pa和熱處理時(shí)間2小時(shí)條件下制備出的薄膜具有最優(yōu)綜合性能，可見(jiàn)光透過(guò)率（Tlum）和太陽(yáng)光調(diào)制效率（ΔTsol）分別為40.4％和6.8%。進(jìn)而利用XRD和SEM詳細(xì)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(jìn)入了VO2晶格內(nèi)部取代了O原子的位置，但是并沒(méi)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(zhǎng)棒狀和細(xì)小顆粒的混合形貌向單純的細(xì)小顆粒形貌轉(zhuǎn)變，且薄膜中氣孔的含量逐漸增加。
　?。?）傾斜沉積角度對(duì)薄膜的光學(xué)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(jiàn)光透過(guò)率逐漸增大，太陽(yáng)能調(diào)制效率下降。結(jié)合微觀形貌分析，可能與薄膜表面平整度差、顆粒的無(wú)序度高、尺寸分布不均勻等因素有關(guān)。
　?。?）通過(guò)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(guān)鍵在于能