氧化钒材料及其在红外探测应用的研究..
红外探测器材料
无线红外幕帘探测器红外火焰探测器光电传感器光子型碲镉汞红外探测组件无线红外烟雾探测器光导探测器产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。
HgCdTe 探测器是光子探测器碲镉汞红外探测器材料碲镉汞红外探测器的特点n-on-p型与p-on-n型HgCdTe红外探测器碲镉汞红外探测器的应用碲镉汞中外探测器材料学院碲镉汞红外探测器材料碲镉汞红外探测器的特点n-on-p与p-on-n模式HgCdTe红外探测器碲镉汞红外探测器的应用碲镉汞红外探测器材料碲镉汞红外探测器的特点n-on-p与p-on-n模式HgCdTe红外探测器碲镉汞红外探测器的优缺点及应用层空间宇宙探测等。
碲镉汞红外焦平面探测器可探测的中红外光波波段为2.0 -5.4微米160kHz内置热电冷却器提高灵敏度毫米的热电冷却探测元件非制冷型红外探测器材料——氧化钒氧化钒的晶体结构和相变特性氧化钒薄膜的制备及掺杂原理与工艺氧化钒薄膜的优势及应用材料学院薄膜的折射率在相变点处也呈突变现象。
相变特性三：电阻突变性质•VO 2薄膜在相变前后的电阻将发生突变现象，通常变化幅度约为2-3个数量级，有时可以达到5个数量级。
•相变同样存在温度滞后现象•影响相变的因素：1.掺杂：能较大的改变薄膜的电阻及影响薄膜的相变温度2.衬底材料：非晶态衬底上制备得到的VO 2薄膜的电阻突变幅度最高约2-3个数量级，如玻璃、釉质等；而在蓝宝石衬底上制备得到的薄膜电阻突变幅度可以达到5个数量级。
对于衬底表面进行处理（抛光、刻蚀等）也会产生影响材料学院由于晶系结构的变化, 二氧化钒的光电性能发生了很大的变化, 而非制冷型红外探测器材料——氧化钒氧化钒的晶体结构和性质氧化钒薄膜的制备及掺杂原理与工艺氧化钒薄膜的优势及应用2.1.3 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)有机溶胶-凝胶法：采用钒的醇盐与适当的溶剂和水，按比例混合后，搅拌2.2氧化钒薄膜的掺杂降低，当掺钨量为2.1at.%时，薄膜的相变温度为14℃。
新型光电子材料氧化钒
光学带隙
光学带隙决定了材料的光 吸收性能，进而影响其光 学性质。
光致变色效应
氧化钒具有光致变色效应 ，能够在光照条件下改变 颜色。制备方法及其优缺点比较
固相法
气相法
通过高温固相反应制备氧化钒，优点 是工艺简单、产量大，但纯度较低、 颗粒尺寸较大。
通过气相沉积法制备氧化钒薄膜，可 以得到高质量的薄膜材料，但需要昂 贵的设备和技术支持。
利用氧化钒作为催化剂，在可见光照射下，可有 效降解污水中的有机污染物，提高水质。
空气净化
氧化钒作为催化剂，可光催化降解空气中的有害 气体和挥发性有机物，净化空气。
光解水制氢
以氧化钒为催化剂，利用太阳能光解水产生氢气 ，实现可再生能源的转化和利用。
05
氧化钒在其他领域应用前景展 望
锂离子电池负极材料
晶体结构类型
氧化钒具有多种晶体结构 ，如VO2(M)、VO2(B)、 VO2(R)等。
晶格常数
不同晶体结构的氧化钒具 有不同的晶格常数，影响 其物理性质。
原子排列
原子在晶体中的排列方式 对材料的性能有重要影响 ，如电导率、热导率等。
电子能带结构与光学性质
能带结构
氧化钒具有独特的能带结 构，使得其在不同温度下 表现出不同的电学性质。
高容量
01
氧化钒作为锂离子电池负极材料，具有较高的理论容量，有望
提高电池的储能密度。
良好的循环稳定性
02
氧化钒负极材料在充放电过程中结构稳定，能够保证电池的循
环寿命。
较低的成本
03
氧化钒资源丰富，制备工艺相对简单，有望降低锂离子电池的
生产成本。
传感器技术
1 2
气敏传感器
氧化钒的气敏性能使其能够用于检测有毒有害气 体，如二氧化碳、一氧化碳等，保障人们的生命 安全。
氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究
氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究1. 引言1.1 概述氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计是当前光电领域中的研究热点之一。
红外技术具有在暗夜或复杂环境下实现目标探测和成像的能力，因此被广泛应用于军事安防、火灾监测、医学诊断等领域。
然而，传统的制冷红外探测器由于高成本、大尺寸以及复杂维护等问题限制了其在民用领域的普及。
非制冷红外探测器作为一种新型的探测技术，具有体积小、重量轻、无需制冷等优点，在红外领域有着广阔的应用前景。
1.2 研究背景在非制冷红外探测器中，氧化钒薄膜材料作为一种重要的敏感元件已经引起了广泛关注。
氧化钒薄膜具有良好的热电特性和纵横触发效应，可将红外辐射转化为电信号，并显示出快速响应、高灵敏度的特点。
然而，氧化钒薄膜在实际应用中面临着一些挑战，如制备工艺复杂、稳定性差等问题，因此对其进行深入研究和优化设计具有重要意义。
1.3 研究意义本文旨在探索氧化钒薄膜材料以及非制冷红外探测器微结构设计的相关研究，并揭示其在红外技术领域中的应用潜力和发展方向。
通过对氧化钒薄膜材料制备方法和物理性质的分析，可以为制备工艺的改进提供依据，并为其应用领域提供更广阔的空间。
同时，通过对非制冷红外探测器微结构要素及其优化设计进行研究，可以提高非制冷红外探测器的灵敏度和响应速度。
将氧化钒薄膜与非制冷红外探测器相结合，则可实现更高性能的红外成像系统。
我们希望本文能够为相关领域的研究人员提供有益参考，并促进氧化钒薄膜材料和非制冷红外探测器微结构设计技术的进一步发展。
2. 氧化钒薄膜材料研究2.1 氧化钒薄膜的制备方法氧化钒薄膜是一种重要的功能材料，在红外光电子器件中具有广泛的应用。
为了制备高质量的氧化钒薄膜，研究人员尝试了多种不同的制备方法。
一种常用的制备氧化钒薄膜的方法是物理气相沉积（PVD）。
在这个过程中，首先需要将高纯度的金属钒加热至其沸点，形成金属蒸汽。
然后，将基底材料放置在反应室中，并通过调节反应室内部的温度和压力来控制金属钒与基底之间的相互作用。
国内外红外隐身材料研究进展
国内外红外隐身材料研究进展叶圣天;刘朝辉;成声月;班国东【摘要】从红外探测系统的探测方法和Stefan-Boltzmann定律两个方面分析红外隐身材料的隐身原理,得出红外隐身的主要措施有降低目标表面红外发射率和控制目标表面温度.综述了低发射率涂层材料、控温涂层材料、智能隐身材料和生物仿生隐身材料等四种红外隐身材料近几年的国内外研究现状.指出了目前红外隐身材料研究存在的问题,在此基础上,展望了红外隐身材料未来的发展方向.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)011【总页数】7页(P1285-1291)【关键词】红外隐身;低发射率;控温涂层;智能隐身材料;生物仿生隐身材料【作者】叶圣天;刘朝辉;成声月;班国东【作者单位】后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311【正文语种】中文【中图分类】TN211 引言随着红外探测系统的快速发展和探测精度的提高，军事装备、设施的安全和生存受到了严重威胁，尤其是战斗机、坦克和舰船等具有大功率发动机的移动目标，运动时会产生高温，导致军事目标的红外辐射量大幅度增加，与背景形成强烈的辐射反差，增加了被发现的概率。
红外隐身材料，能够通过涂覆在目标表面等方式弱化目标的红外辐射特征信号，有效降低目标被发现和识别的概率，提高目标的战场生存能力。
因此，红外隐身材料受到世界各军事强国的关注，并投入大量的人力、物力、财力进行研究。
2 红外隐身材料隐身原理2.1 红外探测系统探测方法一切高于绝对零度的物体都能发出红外辐射，红外辐射的光子能量能够使一些活泼金属产生红外光电效应。
红外探测系统的原理就是通过上述红外光电效应把红外辐射特征信号转化为电信号。
红外探测的方法有两种:一是点源探测，与红外探测系统能探测目标的最大距离有关［1］:式中，J为目标红外辐射强度;τa为大气透过率;D0为红外探测系统中光学系统的接收孔径;NA为光学系统的数值孔径;τ0为光学系统的红外透过率;D*为红外探测系统的探测率;ω为瞬时视场;Δf为系统带宽;Vs为信号电平;Vn为噪声电平。
红外热像仪在风能发电行业中的应用 热像仪常见问题解决方法
红外热像仪在风能发电行业中的应用热像仪常见问题解决方法红外热像仪在风电设备制造及风力发电站中的应用特别之广泛。
由于红外热像仪测温的非接触性，在模具制造和风机叶片制造过程中，工程师可对察看物体的热模型进行量化和可视化。
同理，红外图像为有效测量物体的温度及相对温度分布供应了便捷的途径。
以及在输变电线路中，通过使用红外热像仪可以检测出常常会显现的套管过热，过载，三相负载不平衡等隐患。
如何选购红外热像仪的技巧1、测温范围和被测物：依据被测物体的温度范围确定测温范围，来选择合适温度段的红外热像仪。
目前市场上的红外热像仪大多会分成几个温度档，比如—402、红外热像仪—像素的选择：首先要确定购买红外热像仪的像素级别，大多红外热像仪的级别和像素有关。
民用红外热像仪中相对高端的产品像素为640*480=307,200，此高端红外热像仪拍摄的红外图片清楚细腻，在3、温度辨别率：温度辨别率体现了一台红外热像仪的温度敏感性，温度辨别率越小红外热像仪对温度的变化感知越明显，选择时尽量选择此参数值小的产品。
红外热像仪测试被测物的紧要目的是通过温度差异找出温度故障点，测量单个点的温度值并没有太大意义，紧要是通过温度差异来找相对的热点，起到预维护的作用。
4、空间辨别率：简单来说空间辨别率越小测温越精准，空间辨别率较小时，被测最小目标覆盖了红外热像仪的像素，测试的温度即被测目标的温度。
假如空间辨别率较高，被测的最小目标不能完全覆盖红外热像仪的像素，测试目标就会受到其环境辐射的影响，测试温度是被测目标及其四周温度的平均温度，数值不够精准。
5、红外与可见光图像的组合功能：假如红外图像和可见光图像组合显示就削减了大量工作，可依据可见光图片来判定红外图片中热点的未知，同时报告自动生成也会大大削减操作时间。
6、温度稳定性：红外热像仪的核心部件为红外探测器，目前紧要有两种探测器氧化钒晶体和多晶硅探测器，氧化钒探测器紧要的优势是测温视域MFOV（MeasurementFieldofView）为1,温度测量是精准明确到1个像素点。
以高灵敏为特征的氧化钒非致冷红外探测器的应用
以高灵敏为特征的氧化钒非致冷红外探测器的应用氧化钒非致冷红外探测器属于第三代红外探测器，它广泛应用于工业、农业、国防、医疗、交通等诸多领域，具有体积小、质量轻、功耗低、非致冷的优势，研究学者在多年来都致力于提升该非致冷红外探测器的灵敏度，并通过制备高电阻温度系数的氧化钒薄膜、掺氮氧化钒薄膜和黑金吸收层，提高非致冷红外探测器的性能。
文章从氧化钒非致冷红外探测器的工作原理、构造、材料制备、器件性能和测试等方面进行探讨，并论述其发展前景。
标签：氧化钒；非致冷；红外探测器；高灵敏；器件1 微机电系统和非致冷红外探测器概述微机电系统主要是依据微机电和电化学方法而实现的，其核心元件包括：传感单元和信号传输单元，由这些核心元件制成的传感器可以传感一些生物、化学、物理的参量存在和强度，具有灵敏、准确地测量最小样品量的优点，它们成批地应用于工业领域，常用的传感器有：光传感器、生物传感器、化学传感器、压力传感器，而文章研究的是基于微机电系统中微加工技术的非致冷红外传感器。
非致冷红外探测器广泛应用于军事和商务领域，成为了一种高需求技术，它通过微测辐射热实现传感功能，吸收红外能量大小有关的器件温度变化而引起的电参数的变化实现探测，由于它不是红外直接探测，因而在具有更小的尺寸、更低的功耗的优势之下，还有更长的响应延续时间，非致冷红外探测器的高性能和低功耗优势，使其在市场研发上达到很高的阵列：50um×50um和25um×25um像元尺寸，噪声等效温差可以低于30mK。
伴随着非致冷技术的发展，许多致冷型探测器的红外成像系统也开始运用非致冷探测器阵列，在更高性能的红外成像平台上发挥作用。
2 非致冷红外探测器的理论基础2.1 微测辐射热计理论微测辐射热计是电阻性光敏元，当它接收到红外辐射时，光敏材料的温度增高，电阻即发生变化，电路就可以探测到相应电阻变化引起的微弱电流变化，实现探测。
其探测器的像元膜可以选择不同的氮化硅、二氧化硅和氧化钒热敏电阻材料，以氧化钒热敏电阻材料为例：假设微测辐射热计光敏材料的温度在吸收红外辐射后变化值为△T，氧化钒薄膜电阻变化值为△R，它们之间的关系式表达为：△R=R△T。
分子束外延技术在红外探测领域的应用
分子束外延技术在红外探测领域的应用摘要：对于现代化战争而言，红外技术由于具有安全隐蔽、不易受干扰和保密性强等优点，已经成为不可缺少的关键技术。
红外探测材料的发展决定了红外技术的发展水平，实现高性能和低成本的红外探测器技术，既是红外技术自身发展的必然也是一个国家现代化军事和国民经济发展的需求。
分子束外延技术是一种在超高真空条件下的薄膜生长技术，在高温超导薄膜的研究、多元化合物半导体薄膜的生长等领域应用广泛[1]，由于其生长的材料精准可控，生长环境清洁等优点，是红外探测材料生长的重要渠道。
关键词：分子束外延；红外探测材料；VO21分子束外延技术1.1分子束外延生长原理与优点分子束外延是二十世纪60年代末70年代初由Bell实验室的Arthur和A.Y.Cho等人发展起来的超高真空条件下的外延生长技术。
经典分子束外延设备由生长室、样品传输杆、蒸发源和检测生长的反射式高能粒子衍射仪组成，将所需要的材料放入蒸发源中，通过蒸发源控制器控温加热，使所需要的元素以分子或者原子的方式蒸发到保持在一定温度的衬底上，分子或者原子在衬底表面吸附和转移，以形成所需的高精度薄膜材料。
延生长相对于其他生长方式有一定的优点，第一能控制生长薄膜的层数，制备原子级别的单晶层，并创造出自然界中不存在的结构；第二能精准控制束流和衬底条件，从而得到理想的薄膜材料；第三能生长出高质量的薄膜材料，由于其生长的坏境为高真空，并可以在低温下生长，这就避免了不必要的杂质，从而提高生长薄膜材料的质量；第四能监测薄膜材料的生长和动力学生长过程，从而调整和预测薄膜材料的质量，这需要通过安装高能粒子衍射仪（RHEED）来实现。
1.2薄膜材料的生长模式薄膜材料的生长是一个受到很多因素影响的过程，主要因素有两个，一是动力学因素，主要是指原子由蒸发源蒸镀到衬底上的特定条件，比如生长的速度、各原子的比例、衬底的具体结构和温度等；二是热力学因素，它主要是指降低生长过程中薄膜系统能量的一些因素，比如薄膜与衬底的晶格失配和各原子之间的相互作用等。
氧化钒材料在红外探测中的应用备课讲稿
氧化钒材料在红外探测器中的应用2012年10月摘要由于红外辐射是人眼不可见的，要察觉其存在，测量其强弱，就必须首先利用红外探测器将其转换为某种便于测量的信号。
红外探测器是红外探测或成像系统中的核心器件，也是红外技术发展最活跃的领域。
红外技术的发展水平，通常是以红外探测器的发展水平为主要标志的。
氧化钒作为一种被普遍看好的探测器材料成为各国研究的热点。
本文主要介绍了二氧化钒和五氧化二钒的结构、二氧化钒相变原理并从相变晶体学和相变时的能带变化的角度介绍了相变特征，对影响相变的因素也进行了一定的分析。
随后介绍了氧化钒材料在红外探测中的应用，其中重点介绍了氧化钒热敏薄膜研究以及微测辐射热计红外探测器。
关键词：氧化钒，相变原理，红外探测器AbstractInfrared radiation is not visible to people’s eyes, so we must use the infrared detector to convert it to a convenient measurement signal when detecting its existence or measuring its strength. Infrared detector is the core device of infrared detection or imaging system, and it is also the most active field of the development of infrared technology. The level of development of infrared techn ology, usually represented by the level of infrared detector’s development. Vanadium oxide has been a research focus of all countries as a very good detector’s material. This paper mainly introduces the structure of VO2and V2O5, phase transition principle of VO2and its transformation characteristics from the perspectives of crystallography and band changes when phase changed, then we analysis the factors which influence phase change. Finally, the paper introduces the appliance of vanadium oxide in infrared detection, mainly focusing on the research of thin film of vanadium oxide as well as the micro bolometer IR detector..Key words:Vanadium oxide，Principle of phase transformation，Infrared detector目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)绪论 (4)1氧化钒的结构 (5)1.1 二氧化钒 (5)1.2 五氧化二钒 (7)2相变原理 (7)2.1 氧化钒相变原理 (7)2.2 VO2的相变特征 (8)2.3 影响相变的因素 (9)3氧化钒材料在红外探测中的应用 (12)3.1 红外探测器综述 (12)3.2 氧化钒热敏薄膜研究 (15)3.3 微测辐射热计红外探测器 (20)总结 (28)参考文献 (28)绪 论V-O 系是一个有多种化学计量配比化合物的系统,由于V 的价态结构非常复杂，可以和氧结合形成以X Y V O 状态存在的多种氧化物以及它们的混合相。
红外探测技术的进展_应用及发展趋势
红外探测技术的进展、应用及发展趋势葛文奇（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）【摘要】简要介绍了红外技术的发展历史、成像原理及红外器件，并对制冷技术、红外光学系统、前视红外（ＦＬＩＲ）及红外搜索跟踪系统（ＩＲＳＴ）、红外隐身与对抗技术和数据融合技术做了概述，对红外器件、ＩＲＳＴ及其未来发展趋势进行了综述。
关键词：红外器件；制冷技术；光学系统；搜索跟踪系统（ＩＲＳＴ）；发展趋势中图分类号：ＴＮ２１５ＣｕｒｒｅｎｔＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＴｒｅｎｄｓｏｆＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｅＷｅｎ－ｑｉ（ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｈｉｓｔｏｒｙｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｐｙ，ｉｍａｇｅｒｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ＦＬＩＲ，ＩＲＳＴ，Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｔｅａｌｔｈａｎｄｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄａｔａｆｕｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄＩＲＳＴａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ；ＩＲＳＴ；ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄ１引言红外技术在军事应用的牵引和推动下，得到快速发展。
红外系统有如下４方面优点：１．环境适应性好，在夜间和恶劣气象条件下的工作能力优于可见光；２．被动式工作，隐蔽性好，不易被干扰；３．靠目标和背景之间各部分的温度和发射率形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；４．红外系统的体积小、质量轻、功耗低。
二氧化钒在红外伪装隐身技术中的应用研究进展
2017年第36卷第11期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·4099·化 工 进展二氧化钒在红外伪装隐身技术中的应用研究进展嵇海宁，刘东青，张朝阳，程海峰，杨力祥（国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，湖南 长沙 410073）摘要：二氧化钒是一种具有热致相变性质的功能材料，其相变温度接近于室温，在相变温度处发生金属-绝缘体转变并伴有电阻率和红外发射率的突变，具有重要的研究价值和潜在的应用前景。
本文综述了二氧化钒的热致相变特性和相变温度的调控方法。
基于二氧化钒可以主动降低红外发射率，控制自身红外辐射强度，总结了二氧化钒薄膜和粉体在红外伪装隐身中的研究进展，并对二氧化钒用于红外伪装隐身情形进行了模拟分析。
最后提出了制备高纯单相二氧化钒纳米粉体、增加二氧化钒涂层的热致变发射率突变量、系统研究二氧化钒的中远红外特性以及实现可见/红外兼容伪装等方面是今后的发展趋势。
关键词：二氧化钒；相变；红外；伪装隐身中图分类号：TB381 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）11–4099–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0243Application advances of vanadium dioxide in infrared camouflage andstealth technologyJI Haining ，LIU Dongqing ，ZHANG Chaoyang ，CHENG Haifeng ，YANG Lixiang（Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory ，National University of DefenseTechnology ，Changsha 410073，Hunan ，China ）Abstract ：Vanadium dioxide is a thermochromic functional material that undergoes a reversible metal-insulator phase transition at near room temperature. This phase change is accompanied by a marked change in resistivity and infrared emissivity. Vanadium dioxide materials are of important research value and potential application prospects. Thermochromic properties of vanadium dioxide and the regulation of its phase transition temperature are reviewed. Since the infrared radiation intensity of vanadium dioxide could be controlled by reducing its infrared emissivity actively ，the research progress of vanadium dioxide thin films and powders in the infrared camouflage and stealth technology are summarized. Besides ，tha application of vanadium dioxide for infrared camouflage stealth is also simulated and analyzed. Finally ，it is proposed that the preparation of high purity single phase vanadium dioxide powders ，the increase of thermally induced emissivity changes of vanadium dioxide ，c omprehensive study of the mid-IR and far-IR characteristics ，and visible/infrared compatible camouflage will be the trends of future research ．Key words ：vanadium dioxide ；phase change ；infrared ；camouflage and stealth在高技术条件下的信息化局部战争中，通过信息对抗争夺制信息权如同以往夺取制空权、制海权一样，成为现代战争的焦点，而侦察监视与伪装隐身日益成为信息对抗的矛和盾[1]。
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国外：
美国Honeywell公司利用VO2为敏感红外线的薄膜材料，研制了 320×240元室温工作的非制冷红外焦平面传感器，在20世纪90年代 中期已经面市，被美国称为第三代红外传感器，开辟了红外技术在 民用市场上的应用，目前每年以60%的市场增长率迅猛发展。加拿 大国家光学研究院利用VO2和V2O5的半导体—金属态可逆转变，研 制室温和高温应用的相变型光开关，美国纽约州先进传感技术和美 国洛克威尔国际科学中心利用VO2和V2O3的金属—绝缘体在强激光 作用下可逆转变，研制高速抗强激光防护材料，在10.6um激光作用 下，消光比达到20dB。 此外，氧化钒系化合物在其他领域的应用研究也很活跃，例如 作为变色材料，空间光调制器，光存储器，光信息处理器等。
2.蒸发法
真空蒸发镀膜包括以下三种基本过程： （1）热蒸发过程。包括由凝聚相转变为气相的相变过程。每 种蒸发物质在不同温度时有不相同的饱和蒸气压；蒸发化合物 时，其组分之间发生反应，其中有些组分以气态或蒸汽进入蒸 发空间。 （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的运输，及这些粒 子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气体 分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均自由程，以及蒸 发源到基片之间的距离，常称源—基距。 （3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即是蒸汽凝 聚、成核、核生长、形成连续薄膜。由于基板温度远低于蒸发 源温度，因此，沉积物分子在基板表面将直接发生从气相到固 相的相转变。
金红石结构是 体心正交平行六面体
单斜结构体积是金红石 结构的两倍，可以看作 是两个金红石结构形变 而来
金红石结构：体心正交平行六面 体，体心和顶角由V4+离子占据， 每个V4+离子位于略微变形的正八 面体的中心，被六个O2-离子所包 围，钒原子明显地与一个氧原子 较为接近，而与其它氧原子的距 离较远。该结构中，V4+离子的配 位数是6，O2-离子的配位数是3。 每个原胞中包含4个O离子，2个V 离子。最近邻的钒原子间的距离 为287pm，钒原子中的电子为所 有的金属原子所共有。因此，它 是一种n型半导体。
VO2和V2O5的结构和特性
钒是一种过渡金属元素，活化能比较高，在 空气中金属钒可以和氧结合形成多种价态的 氧化物。自然界中，钒的价态可以从+2价到 +5价之间变化，已经发现的钒的氧化物有十 多种。
钒主要氧化物的性质比较
二氧化钒的结构
沿[011]方向堆叠的VO2的晶体结构
VO2在68℃附近发生由低温半导体态向高温金属态的 转变，结构由单斜金红石型转变为四方金红石型膜的生长
机理比较单纯、用掩膜可以获得清晰图形。
缺点：不容易获得结晶结构的薄膜，与基底附着力较小，工艺
1.溅射法
溅射是一种物理气相沉积（PVD）方法，由于溅射中淀积到衬底 上的原子能量大，生成的薄膜具有与沉底的粘附性好、致密均匀等优 点，在制备氧化钒薄膜中应用广泛。用溅射法制备的氧化钒，在室温 附近具有较高的负电阻温度系数，工艺温度低，与Si-CMOS工艺兼容 性也很好。 溅射方法主要有射频溅射、离子束溅射和PF磁控溅射。靶材一般 可采用纯度很高的V2O5或者金属钒。衬底可为玻璃，SiO2/Si以及蓝宝 石单晶等。基片的加热温度一般为室温到550℃，本体真空度优于103Pa，腔体内一般充氧气和Ar气等惰性气体。通过改变氧分压和沉积温 度，可制备不同组分的氧化钒薄膜。沉积速率与靶基距及溅射速率有 关。溅射生成氧化钒，其中往往含有钒的多种氧化物，如V2O5、 V2O3、VO2和VO等。可以适当控制工艺条件，并采用退火及激光烧结 等处理得到所需性能的氧化钒VOx薄膜。
国内外研究现状
国内：
20世纪90年代起，兰州物理研究所报道过VO2材料的制备方法研究，并利用 它们作为热致变色薄膜材料。电子科技大学和重庆光电研究所合作报道了它们 制备VO2膜的研究，主要用途为制作室温工作的红外传感器。华中科技大学光 电国家实验室九五期间在国家科技部和863计划支持下国内研制了一系列钒的 氧化物膜系，其中利用VO2 薄膜材料研制了室温工作的红外传感器，达到下列 技术指标：阵列规模：128 元线列；单元尺寸：50 ×50英寸；工作温度：室温； 电阻温度系数(TCR):2%；噪声等效温差(NETD)：200 /mk。 此外，利用VO2为基的材料在MOS开关晶体管的研究方面，已完成原理性试 验；在光开关的研究方面，已完成原理样片研究,并且基于光开关原理,研究了该 材料在强激光防护方面的应用,在近红外光(1.06μm)和远红外(10.6μm)波段进行 了抗强激光实验，测试结果表明：消光比为15左右，能量阈值为150 J/cm2，开 关时间不高于1 μs。
氧化钒材料及其在红外探测应用的研究
小组成员： 指导老师： 专业：光学工程
目录
摘要
红外探测器的发展方向是非制冷、低成 本、小型化。具有优异热敏性能的氧化钒薄 膜材料是红外探测器的首选热敏电阻材料。 合适的薄膜电阻值且具有大的电阻温度系数 （TCR）的氧化钒薄膜是实现高探测率的基础。 本文对氧化钒的结构、相变原理及其在红外 探测上的应用进行研究。
五氧化二钒的结构
沿[100]方向堆叠的V2O5晶体结构
VO2晶体和V2O5晶体的主要区别
氧化钒的制备工艺
由于各氧化钒稳定存在的组分范围很窄，要制 备单一组分的氧化钒薄膜是比较困难的。为此采用 了各种方法来制备氧化钒薄膜，优化工艺参数，以 获得性能优良的氧化钒薄膜。 1.溅射法 2.蒸发 3.脉冲激光沉积工艺 4.溶胶—凝胶法
单斜结构：体积是金红石结
构的两倍，可以看作是两个金 红石结构形变而来，但是在单 斜结构中，最近邻的钒原子间 的距离由287pm变为265pm， 在沿着氧八面体和相邻两个八 面体共边连接成长链的方向上 形成3V-V，钒原子间距离按 265pm和312pm的长度交替变 化，每个钒原子的d电子都定域 于这些V-V键上，结果造成了在 沿c轴方向上VO2不再具有金属 的导电性。