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离子掺杂VO₂薄膜制备及热致相变性能研究

作　者: 宗薇
导　师: 陈振宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 应用化学
关键词: VO2 热致相变溶胶凝胶相变温度透光率
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

VO₂是一种具有热致相变性能的金属氧化物，其相变温度为68℃，相变时VO₂在单斜金红石结构与四方金红石结构之间发生转变，同时其电学、光学性能也发生突变。为了使VO₂材料更好的应用于“智能窗”领域，本文以优化制备工艺参数、降低VO₂相变温度、提高薄膜透光率作为研究重点。研究结果表明：以V₂O₅粉末为反应原料配制溶胶，溶胶最佳浓度为30g/L，添加阿拉伯树胶为分散剂，以浸渍提拉法镀制薄膜，最佳提拉速度为0.3cm/s。对薄膜样品进行预热处理时，升温速度为0.5℃/min至350℃，保温2h，以同样速度降至室温。随后进行热处理，在N2保护下，控制热处理升温速度为10℃/min，升温至550℃，保温1h后以同样速度降温到室温。离子掺杂可以改变VO₂相变温度，考察了掺杂NaWO₄·2H₂O和MoO₃对相变温度的影响，当掺杂量W（wt.%,NaWO₄·2H₂O:V₂O₅）分别为1%、3%、5%时，相变温度分别为45℃、30℃和20℃以下；当掺杂量Mo（wt.%,MoO₃·2H₂O:V₂O₅）分别为1%、3%、5%时，相变温度为50℃、40℃、30℃。复合掺杂对VO₂相变温度的改变比掺同等量单一离子对相变温度的改变幅度大。通过离子掺杂手段可制得温度可调控的VO₂材料。为了改善薄膜易起泡、脱皮等现象，在玻璃基片上镀制一层缓冲层，加强膜层与基片结合能力，同时也阻隔了玻璃基片中粒子扩散到功能层中而影响其性能，本实验选取TiO₂薄膜作为缓冲层；为了更好的将VO₂薄膜应用到“智能窗”方向，需提高薄膜的透光率，由于SiO2的折射率小于VO₂薄膜的折射率，所以选择镀制SiO₂薄膜作为增透层。结果发现，在波长为550nm处薄膜透光率由复合前的62.5%提高到复合后的70.3%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究目的和意义  8-9
  1.2 VO_2结构与性能  9-10
  1.3 VO_2的应用  10-12
  1.4 VO_2薄膜的制备  12-13
  1.5 本文主要研究内容  13-14
第2章实验材料及研究方法  14-20
  2.1 试验试剂及仪器  14-15
  2.2 实验流程  15-16
  2.3 实验方法  16-18
  2.4 测试与表征  18-20
第3章 VO_2薄膜的制备及其表征  20-34
  3.1 溶胶 - 凝胶工艺研究  20-25
  3.2 热处理工艺的研究  25-29
  3.3 VO_2薄膜表征分析  29-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 VO_2薄膜掺杂改性研究  34-44
  4.1 掺杂方法  34-35
  4.2 掺杂对相变温度影响  35-40
  4.3 复合掺杂对 VO_2相变温度的影响  40
  4.4 掺杂对 VO_2微观结构的影响  40-42
  4.5 掺杂对 VO_2薄膜光学性能的影响  42-43
  4.6 本章小结  43-44
第5章 VO_2多层膜系对光学性能影响研究  44-55
  5.1 VO_2多层膜系设计机理  44-45
  5.2 缓冲层 TiO_2薄膜的制备  45-48
  5.3 增透层SiO_2薄膜的制备  48-50
  5.4 复合薄膜透光率研究  50-53
  5.5 本章小结  53-55
结论  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  60-62
致谢  62

离子掺杂VO2薄膜制备及热致相变性能研究

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