研究目的
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。
研究成果
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。
研究不足
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。
1:实验设计与方法选择:
采用直流磁控溅射法在320°C下于钠钙玻璃上沉积VO?薄膜,以研究膜厚对性能的影响。该方法因能制备高致密性、大面积均匀涂层且具备工业化潜力而被选用。
2:样品选择与数据来源:
通过控制沉积时间制备了不同厚度(12、79、102、154、173、216、264纳米)的样品,使用台阶仪测量膜厚。
3:264纳米)的样品,使用台阶仪测量膜厚。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括配备钒靶的直流磁控溅射系统、台阶仪(布鲁克Dektak XT)、X射线衍射仪(理学Ultima IV)、拉曼显微镜(堀场XploRA PLUS)、分光光度计(Lambda 950)、扫描电镜(蔡司Supra 5S Sapphire)、配Keithley 2400源表的四探针系统及珀尔帖加热台。材料包含钠钙玻璃基底、高纯度钒靶(99.99%)及氩氧气体。
4:0)、扫描电镜(蔡司Supra 5S Sapphire)、配Keithley 2400源表的四探针系统及珀尔帖加热台。材料包含钠钙玻璃基底、高纯度钒靶(99%)及氩氧气体。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:真空腔抽至6×10??帕,预溅射10分钟,随后在0.5帕压强、120瓦功率、-125伏偏压及320°C条件下,以40标准立方厘米/分钟氩气和1.8标准立方厘米/分钟氧气进行溅射。通过调节沉积时间控制厚度。表征手段包括XRD、拉曼光谱、紫外/可见/近红外透射率测量、SEM成像及温控电阻率测试。
5:5帕压强、120瓦功率、-125伏偏压及320°C条件下,以40标准立方厘米/分钟氩气和8标准立方厘米/分钟氧气进行溅射。通过调节沉积时间控制厚度。表征手段包括XRD、拉曼光谱、紫外/可见/近红外透射率测量、SEM成像及温控电阻率测试。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:通过谢乐公式分析XRD图谱的结晶度与晶粒尺寸;拉曼光谱用于识别振动模式;透射光谱计算可见光透射率与太阳能调制效率;电阻率数据绘图确定相变温度及滞后效应。
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