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磁控溅射生长的二氧化钒薄膜厚度调制热致变色特性

DOI:10.1016/j.surfcoat.2018.12.077 期刊:Surface and Coatings Technology 出版年份:2019 更新时间:2025-09-23 15:23:52
摘要: 采用直流磁控溅射法在320°C下于钠钙玻璃上制备了二氧化钒(VO2)薄膜,研究了薄膜厚度对VO2薄膜微观结构、表面形貌及热致变色性能的影响。X射线衍射表明:当膜厚超过102 nm时,沉积薄膜呈现显著的VO2(011)晶面择优取向。计算得出VO2薄膜晶粒尺寸随膜厚增加从16.05 nm持续增大至34.56 nm。紫外/可见/近红外分光光度计测试显示:当膜厚从79 nm增至264 nm时,可见光透过率降低而红外透射切换效率提高。此外,VO2薄膜光学带隙范围为1.15-1.40 eV,且较厚薄膜具有更小数值。电阻率温度特性测试结果表明:这些VO2薄膜的相变温度范围为53-60°C(显著低于单晶VO2的68°C),且随膜厚增加金属-半导体相变特征更为明显。综合来看,80-100 nm厚度范围的薄膜在可见光透过率与太阳能切换效率方面表现出相对均衡的综合性能。
作者: Maodong Zhu,Hu Wang,Cheng Li,Hongji Qi,Dongping Zhang,Weizhong Lv
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研究概述 实验方案 设备清单

研究磁控溅射法制备的二氧化钒(VO2)薄膜厚度对其微观结构、表面形貌及热致变色性能的影响。

研究表明,薄膜厚度显著影响VO2薄膜的微观结构、光学及电学性能。较厚的薄膜表现出更高的结晶度、更大的晶粒尺寸、更低的光学带隙、更强的红外切换效率,但可见光透过率有所降低。80-100纳米的厚度范围能平衡高可见光透过率与良好太阳能切换效率,适用于智能窗应用。其相变温度低于单晶VO2,这归因于本征应力和氧空位等因素。未来研究可优化其他沉积参数,并探索其在激光防护或其他器件中的应用。

该研究仅限于采用直流磁控溅射法在特定低温(320°C)下制备的钠钙玻璃衬底上的VO2薄膜。研究结果可能不适用于其他沉积方法、衬底或温度条件。能谱(EDS)测量具有半定量性质,且来自衬底的氧元素贡献可能影响准确性。所研究的厚度范围(12-264纳米)可能未涵盖所有可能的变量,且工业可扩展性方面未深入探讨。

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