热致变色二氧化钒薄膜的研究进展
《2024年电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》范文
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言随着科技的发展，材料科学在各个领域的应用越来越广泛，其中，二氧化钒（VO2）薄膜因其独特的相变性能，在智能窗、热调控器件以及光电器件等领域具有广泛的应用前景。
然而，如何有效地调控其相变性能成为了一个重要的研究课题。
近年来，电子注入法作为一种新兴的调控手段，在VO2薄膜的相变性能调控中表现出了显著的优越性。
本文将详细探讨电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及影响。
二、电子注入法概述电子注入法是一种通过向材料中注入电子，以改变其电子结构和物理性能的方法。
在VO2薄膜的相变性能调控中，电子注入法通过控制电子的注入量、能量以及注入方式，实现对VO2薄膜相变温度、相变速度等性能的调控。
三、电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制（一）电子注入过程电子注入过程中，通过外部电源提供能量，将电子注入到VO2薄膜中。
注入的电子会与薄膜中的原子发生相互作用，改变其电子结构和能级分布。
（二）相变过程VO2薄膜在相变过程中，其晶体结构、电子结构和光学性质等会发生显著变化。
电子注入可以改变VO2薄膜的电子结构和能级分布，从而影响其相变过程。
通过控制电子的注入量、能量以及注入方式，可以实现对VO2薄膜相变温度、相变速度等性能的调控。
四、实验方法与结果分析（一）实验方法本实验采用电子注入法对VO2薄膜进行相变性能调控。
通过改变电子的注入量、能量以及注入方式，制备了不同性能的VO2薄膜样品。
（二）结果分析实验结果表明，电子注入法可以有效调控VO2薄膜的相变性能。
通过增加电子的注入量，可以降低VO2薄膜的相变温度；而提高电子的注入能量则可以加快VO2薄膜的相变速度。
此外，不同的注入方式也会对VO2薄膜的相变性能产生不同的影响。
五、讨论与展望（一）讨论电子注入法对VO2薄膜相变性能的调控机制主要涉及电子与原子之间的相互作用、能级分布的改变以及晶体结构的变化等方面。
通过控制电子的注入量、能量以及注入方式，可以实现对VO2薄膜相变性能的有效调控。
热致VO2薄膜在激光防护方面的应用研究
０ 引 言
光 电传感 器是 获取 信息 的渠道 ， 在 战场 上是 敌 方 首选 的
与 激光 技术相 比 ， 防 护材 料 发 展 相 对 滞 后 ， 现 使 用 的激 光 防护 材料 在防护 性能 上都存 在 一定 的缺 点 ， 如可 见 光透 过 率低 、 防激 光波 段少 、 防护视角窄、 功能单一等， 很难满足 由 激光技 术发 展所 带 来 的 高标 准 激 光 防 护 的需 求 。为 了对 抗 强激光 武器 ， 需 要 一种 具 有 足 够 宽 的 防护 带 宽 、 足 够低 的输 出 阈值 、 对 弱辐 射有很 高 的线性 透 过率 以及 纳 秒级 响 应 时 间
成损 伤之 前 完 成相 变 ， 从 而保 护 探 测 器 ， 因此 可 用 于探 测 器针 对 强激 光 的 智 能 防 护 。
关键 词 Ｖ Ｏ ２ 相变 激 光 防护
中图分类号 ： ＴＮ９ ７
文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔｈ ｅ ｒ ｍｏ ｃ ｈｒ ｏ ｍｉ ｃ Ｖｏ２ Ｔｈ ｉ ｎ
Ｆｉ ｌ ｍｓ ｏ ｎ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｊ Ｉ Ｎ Ｌｉ ａ ｎ ｇ ｍａ ｏ ，ＰＥＮＧ Ｓ ｈ ｏ ｕ，Ｗ ＡＮＧ Ｙｕ ｎ，ＧＡＮ Ｚ ｈ ｉ ｐ ｉ ｎ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｄｏ ｎ ｇ
二氧化钒薄膜的变温红外光学特性研究
文章编号 : 025322239 (2010) 0521522205
光 学 学 报
AC TA OP TICA SINICA
Vol. 30 , No . 5 May , 2010
二氧化钒薄膜的变温红外光学特性研究
王海方1 李 毅1 ,2 俞晓静1 朱慧群1 ,3 黄毅泽1 张 虎1 张 伟1 周 晟1
1700 nm 范围内通过椭偏仪测定了二氧化钒在给定
温度和波长下的折射率和消光系数 。把实验测量的
值与修正 Sellmeier 方程进行数值拟合[10] ,以它的
相关度为依据 ,得到了适用于二氧化钒材料的修正
的 Sellmeier 方程表达式为 n( t ,λ) = a1 + a2λ+ a3 /λ+ a4 /λ2 + a5 ( t - 20) +
A bs t r act Vanadium dioxide unde rgoes a reversible p hase t ransition at app roximately 68 ℃, and it is accompanied wit h dras tic changes in its elect rical and op tical p rop erties . It is difficult to get t he accurate analytic exp ression dep endent on temp e rat ure and wavelengt h t hrough t heoretical de rivation , because p hase t ransition mechanis m is complex . Disp e rsion t heory for ref ractive index and extinction coefficie nt of t he vanadium dioxide t hin film is s t udied , and its tempe rat ure2depe nde nce disp e rsion formula of op tical cons tants is p resented by numerical fit ting wit h Sellmeie r disp ersion model . By film mat rix t heory , t he op tical t rans mit tance and reflectivit y at diffe rent t emp erat ures and wavele ngt hs are calculated. In t he use of magnet ron sp ut te ring , vanadium dioxide t hin films of differe nt t hicknesses are deposited on glass , sapp hi re and silicon dioxide s ubs t rates . The op tical t rans mit tance and reflectivit y of t he films are meas ured , and t he expe rimental curve agrees well wit h t hat of simulation. Key w or ds t hi n film op tics ; vanadium dioxide ; op tical cons tants ; inf rared p rop e rties ; nume rical fit ting
热致变色材料的制备与应用研究
热致变色材料的制备与应用研究近年来，热致变色材料在科学技术领域引起了广泛的研究兴趣。
热致变色材料是一类能够根据温度变化改变颜色的材料。
这些材料在热敏性上具有独特的特性，可以在不同温度下表现出不同的颜色，因此在诸多应用领域中具有广泛的应用前景。
为了制备出高品质的热致变色材料，研究人员利用了各种方法。
一种常见的方法是利用化学合成技术。
通过选择适当的化学反应物，调节反应条件，可以合成出具有多样性颜色的热致变色材料。
例如，一些金属氧化物如二氧化钒和二氧化钴，它们在不同温度下表现出不同的颜色，因此被广泛应用于热敏显示器件的制备。
此外，化学合成方法还可以用于制备其他类型的热致变色材料，如有机染料和聚合物材料。
除了化学合成方法，物理制备方法也是制备热致变色材料的重要手段之一。
其中，溅射法是一种常用的物理制备方法。
通过在高真空环境下，利用惰性气体离子轰击材料表面，使材料蒸发并沉积在基底上，可以制备出均匀且具有较好结晶性质的热致变色材料。
这种物理制备方法的优点是所制备材料的组成更加纯净，其颜色更加稳定且可靠。
在热致变色材料的应用方面，最常见的领域之一就是智能温度检测器。
将热致变色材料应用于智能温度检测器中，可以实现在不同温度下，颜色的变化与温度的对应关系，进而实现温度的快速测量和检测。
这对于许多领域中，如医疗、环境监测和工业生产等具有重要的应用价值。
此外，热致变色材料还可以应用于可穿戴设备、人体健康监测和智能家居等领域。
通过在这些应用领域中的使用，可以更好地满足人们对环境感知和生活便捷性的需求。
虽然热致变色材料在实际应用中显示出了巨大的潜力，但是还存在一些挑战需要克服。
首先，热致变色材料的稳定性仍然是个问题。
一些热致变色材料在反复热循环过程中容易发生退化，导致颜色的变化不再准确可靠。
其次，热致变色材料的制备成本还比较高，对于大规模生产来说仍然存在一定的挑战。
因此，需要进一步研究和改进制备方法，提高材料的稳定性和生产效率。
云母衬底上W掺杂VO2薄膜的光学和变色性能研究
２ ２ 薄膜 制备 ． 将 云母 片在 ＨＣ ： ：Ｈ Ｏ 体 积 比为 １： １ Ｈ Ｏ ２： ５的溶液 中煮 沸 ２ ｍｉ， 去 离子 水 冲 洗 干净 ， 后 在 ５ ｎ用 然 ＮＨ。・ ｏ ：Ｈ Ｏ Ｈ ： ０体 积 比为 １： Ｈ。 ２： ５的溶 液 中煮沸 ２ ｍｉ ， 去离 子水 冲洗 干净 ， ５ ｎ用 置于烘 箱 中 ８ ℃ Ｏ
装 置 （ Ｒ ３ ０ —８ ） 量 薄膜 相 变 前后 颜 色 的变 化 ， ＫＥ １ ００ ５ 测 控 温精 度为 ±１ 。 ℃ 颜色 的表 征如 文献所 述 ＿ ， ７ 色差 （ Ｅ 通 过计算 ： ］ Ａ ）
ＡＥ 一 厂 ＡＬ ＋ （ ） ＋ （ ｂ （ ） Ａａ 。 中 ， ， ， 表 示 薄膜初 始 温度 时 的亮度 、 Ｌ ｎ 红
（ ／ （ 和黄（ ／ （ 值 ， Ｌ 口 ｂ 十） 绿 一） ＋） 蓝 一） 而 ， ， 为 各
各 旋 涂 １次 ， 膜 厚 度 约 为 ３ ０ ｍ。 薄 ０ｎ
所 发生 的颜 色变化 ， ＶＯ。 是 一种 被人 们广 泛 认 可 的 也 可逆无机 热致 变色材 料 。二氧化 钒 的这些 性 能可 使 它 应用 于 智 能 窗 、 度 指 示 、 伪 、 学 系 统 防 护 等 领 温 防 光
烘干 备用 。
关键 词 ： 二氧化 钒 ； 膜 ； 薄 变色 ； 掺杂 钨
中 图分 类 号 ： ＴＢ ４ ３ ’ 献标识 码 ： 文 Ａ
文章编 号 ：０ １９ ３ （ Ｏ ０ 增 刊 １— ３ ４０ １ ０ －７ １ ２ １ ） １ ０ ３ —２
１ 引 言
ＶＯ 在 ６ ℃附 近会 发生 从 低 温 单 斜 结 构 向高 温 ｚ ８ 四方金 红石 结构 的 晶型转 变 ，并 伴 随着 光 、 磁等 性 电、
二氧化钒相变薄膜
二氧化钒相变薄膜
二氧化钒是一种具有多种相变的材料，其中最常见的相为金红石相（rutile phase）和单斜相（monoclinic phase）。
二氧化钒的相变对其物理性质具有重要影响，因此制备二氧化钒相变薄膜是研究的热点之一。
制备二氧化钒相变薄膜的方法主要有物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD）和化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）两种。
物理气相沉积是将纯净的二氧化钒源材料加热到高温，在真空或惰性气氛下，使源材料蒸发形成薄膜。
通过控制沉积温度和沉积速度，可以得到不同相的二氧化钒薄膜。
化学气相沉积则是利用化学反应在基底表面上合成薄膜。
常用的方法包括热分解法和气相沉积法。
热分解法是通过在高温下将二氧化钒前体分解，使其在基底表面上生成相应的薄膜。
气相沉积法则是将气体前体引入反应室，通过化学反应在基底表面上合成薄膜。
制备二氧化钒相变薄膜的关键是控制沉积过程中的温度、气氛和沉积速率等条件。
此外，选择适合的基底材料也是非常重要的，常用的基底材料包括石英、硅、镧铝韧性陶瓷等。
二氧化钒相变薄膜具有许多潜在应用，例如可用于电子器件、光学涂层、传感器和储能器件等领域。
《2024年电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》范文
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言二氧化钒（VO2）作为一种具有优异相变性能的材料，其应用范围日益广泛。
随着科技的发展，人们对材料性能的要求也越来越高，特别是在电子学、光学和热学等领域。
电子注入法作为一种新兴的薄膜制备和性能调控技术，在二氧化钒薄膜的相变性能调控方面展现出了巨大的潜力和优势。
本文将深入探讨电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及影响。
二、电子注入法概述电子注入法是一种将电子注入到材料内部，以改变其电子结构和性能的方法。
该方法具有操作简便、效率高、对材料损伤小等优点，被广泛应用于薄膜制备和性能调控领域。
在二氧化钒薄膜的制备和性能调控中，电子注入法可以通过调整注入电子的能量、剂量和速度等参数，实现对薄膜相变性能的有效调控。
三、电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的影响1. 改变相变温度：通过电子注入法，可以有效地调整二氧化钒薄膜的相变温度。
当注入的电子能量和剂量达到一定值时，薄膜的相变温度会发生变化，从而使其在特定温度范围内的应用成为可能。
2. 优化相变过程：电子注入法可以改善二氧化钒薄膜的相变过程，使其更加平滑、快速。
这有助于提高薄膜在实际应用中的稳定性和可靠性。
3. 增强光学性能：电子注入法可以改变二氧化钒薄膜的光学性质，如反射率、透光率等。
这使得薄膜在光学器件、光电器件等领域具有更广泛的应用前景。
4. 调整热学性能：电子注入法还可以对二氧化钒薄膜的热学性能进行调控，如热导率、热膨胀系数等。
这些性能的调整有助于提高薄膜在高温环境下的稳定性。
四、实验结果与讨论本文通过实验验证了电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控效果。
实验结果表明，通过调整注入电子的能量、剂量和速度等参数，可以有效地改变二氧化钒薄膜的相变温度、相变过程、光学性能和热学性能。
此外，我们还发现，在适当的参数条件下，电子注入法可以显著提高二氧化钒薄膜的性能稳定性。
五、结论与展望本文通过深入研究电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及影响，得出以下结论：1. 电子注入法是一种有效的二氧化钒薄膜相变性能调控方法，具有操作简便、效率高、对材料损伤小等优点。
用随机阻抗网络模拟纳米热致变色VO2薄膜的电阻温度特性
Ｓ 姗
ＡＴＩ Ｎ Ｍ口 ＥＲＡＴＵＲＥ ｏ ｏＦ ＴＥ Ｅ ， ＤＥＰＥＮＤＥＮＣＥ ｏＦ ＲＥＳ Ｓ Ｉ ＴＡＮＣＥ Ｉ ＴＨＥＩＭ ｏ ＣＨＲｏＭ Ｉ ＮＡＮｏ － Ｎ Ｃ Ｖｏ２ ＴＨＩ ＦＩ Ｎ ＬＭ Ｓ ＢＹ Ｉ ＵＳ ＮＧ ＲＡＮＤｏＭ ＲＥＳ Ｓ Ｉ ＴＯ Ｒ ＮＥＴＷ ｏＲＫ Ｓ
ＤＡＩ ｕ 一 ， Ｗ ＡＮＧ Ｘ ｎ ． ｈ ， ＨＥ Ｓ ａ ． ｅ 一 ， ＨＵＡＮ Ｙｉｇ ， ＹＩＸｉ—ｉｎ ｎ Ｊ ｉｇＺ ｉ ｈ ｏＷ ｉ Ｇ ｎ ｎ Ｊ ＇ ａ
（ ． ｏｌ ｅｏ ｐｏ ｌ ｔ ｎｃＳ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｈ ａｈ ｎ ｎ ｅｓ ｙｏ １ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｔ ｅ ｒ ｉ ｃ ｎ ｅａ ｄＥ ｇ ｅ ｎ ， ｕ ｚ ｏ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｆ ｅ Ｏ ｅ ｃｏ ｅ ｎ ｉ ｖ ｉ
ｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅ ｏ ｅ ｉｔ ｃ ｎ ＶＯ２ｔ ｉ ｌ ｅａ ｕ ｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｃ ｆｒ ｓ ａ ｅ ｉ ｓｎ ｈ ｎ ｆ ｍ．Ｔ ｅ ｔ ｉ ｉ ｗａ ｄ ｌｄ ａ ｏ ｏ ｉ ｄ ｕ ｃ ｎ ｉ ｉ ｇ ｏ ｅ — ｉ ｈ ｈ ｎ ｆ ｍ ｓｍｏ ｅｅ ｓａ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｍｅ ｉｍ ｏ ｓｓ ｎ ｆｓ ｍｉ ｌ ｔ ｔ ｃ ｎ ｕ ｔ ｇ ａ ｄ ｍｅａ ｌ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｍｌ ｉｔ ｂ ｔｄ ｉ ｈ ｃｏ ｒ ｓａｓ Ｔ ｅ ｅ ｉ ａ ｓ ｔ ｆ ｃｏｙ ａ ｒ ｅ ｎ ｅｗ ｅ ｈ ｏ ｄ ｃｉ ｔ ｉ ｒ ｇ ｏ ｓ ｒ ｎ ｏ ｙ ｄ ｓ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍｉｒ ｅ ｙ ｔ ｌ． ｈ ｒ ｓ ａ ｉ ａ ｔｒ ｇｅ ｍｅ ｔｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ｌ ｃ ｉ ｒ ｓ
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热致变色二氧化钒薄膜的研究进展*刘东青,郑文伟,程海峰,刘海韬(国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室,长沙410073)摘要 二氧化钒薄膜具有优异的热致变色特性,已成为功能材料领域研究的热点。结合二氧化钒的结构分析了其热致变色特性;综述了二氧化钒薄膜的制备方法,着重评述了溅射法、化学气相沉积法及溶胶-凝胶法等几种常用方法;阐述了二氧化钒薄膜在智能窗、新兴光子晶体、伪装隐身技术方面的应用前景;最后指出了其今后的研究与发展方向。关键词 热致变色 二氧化钒 薄膜 伪装隐身
中图分类号:TB34;O484 文献标识码:A
ResearchProgressonThermochromicVanadiumDioxideThinFilmLIUDongqing,ZHENGWenwei,CHENGHaifeng,LIUHaitao(KeyLabofCFC,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073)Abstract TheVO2thinfilm,whichhasexcellentthermochromicproperties,hasbeenoneofthemostinteres-tingfunctionalmaterials.ThethermochromicpropertyisanalysedcombinedwiththecrystalstructureofVO2.ThepreparationmethodsofVO2thinfilm,especiallysputtering,chemicalvapourdepositionandso-lgelmethods,arepresented.VO2thinfilmhasgreatprospectsinmanyfields,andthepotentialapplicationsinsmartwindow,especiallyinthenewfields:photoncrystal,camouflageandstealthytechnology,areviewed.Finally,thefuturestudyandde-velopmentdirectionsarepointedout.Keywords thermochromic,vanadiumdioxide,thinfilm,camouflageandstealth
*武器装备预研基金 刘东青:男,1986年生,硕士研究生,主要从事功能薄膜与伪装材料方面的研究 E-mail:dongqing_1986@yahoo.com.cn
0 引言二氧化钒(VO2)是一种过渡金属氧化物,自1959年F.J.Morin[1]在贝尔实验室发现VO2具有金属-绝缘体相变(MIT)的性质以来,研究者们就对这种氧化物产生了极大兴趣,在结构特征、相变机理、合成制备及实际应用等方面开展了广泛的研究。VO2在Tc=341K时发生由低温绝缘体态向高温金属态快速可逆的一级位移型相变[2,3],相变前后VO2的晶胞如图1所示(图中还标示出了单斜结构的主要晶面)。当T>Tc时VO2为四方金红石结构,记为VO2(R),空间群P42/mnm(No.136),晶胞参数aT=bT=455pm,cT=286pm。当T间群P21/c(No.14),晶胞参数aM=575pm,bM=452pm,cM=538pm,B=122.6b[4]。伴随晶体结构的转变,VO2的光学、电学、磁学等物理性质也发生了较大幅度的变化。当T>Tc时VO2对红外光具有高透射性,T领域。本文对近年来热致变色VO2薄膜材料的研究状况进行了综述。
1 VO2薄膜的热致变色特性热致变色VO2薄膜发生相变时其电阻率、光学折射率、红外反射率(透过率)、红外发射率、微波反射率等物理性质都会发生变化。温度升高到相变点以上时,VO2薄膜处于金
#105#热致变色二氧化钒薄膜的研究进展/刘东青等属态,具有大量自由电子,光射入薄膜时与电子的碰撞概率增加,从而使透过率及吸收率降低,反射率增加。如图2所示,20e时VO2薄膜在2.5~4.5Lm波段的透射率约为40%,在2.5~20Lm波段的反射率约为15%;发生相变以后,100e时红外光基本不透过,80e时反射率增至70%左右。根据基尔霍夫定律,热平衡时吸收率与发射率相等,金属态VO2薄膜吸收率降低,所以发射率降低。如图3所示,VO2薄膜在升降温时8~12Lm波段发射率变化可达0.6,但升降温发射率变化曲线不重合,存在热滞现象。在VO2薄膜晶格中掺入杂质离子可以调节其热致相变温度。杂质离子的引入会影响VO2的V4+-V4+结合,改变半导体态的稳定性,从而影响相变温度[5]。如掺入W6+、Mo6+、F-等可有效降低相变温度[5,8],掺入Al3+、Cu2+等[9,10]则使相变温度升高。VO2薄膜的相变温度还受晶粒结构及应力状态的影响,纳米结构的VO2薄膜具有较低的相变温度,Xiao-pingLi等[11]制备出晶粒大小约为8nm的VO2多晶薄膜,相变温度约为35e。2 VO2薄膜的制备方法V-O系是一个有多种化学计量比的化合物系统,制备纯净的VO2薄膜较困难。目前VO2薄膜的制备方法主要有溅射法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、蒸镀法、热氧化法等,前3种较常用。2.1 溅射法溅射法(Sputtering)是指在真空室中利用荷能粒子轰击纯度很高的靶材,使靶材表面原子或原子团逸出,然后在衬底的表面形成膜层,主要有等离子体溅射与离子束溅射2种方式。等离子体溅射主要有直流、射频、磁控等几种方法。溅射法逸出的原子能量通常在10eV左右,与基体的附着力大。目前主要应用的是反应溅射法,即在溅射V靶时通入一定量的O2,通过精确控制O2流量生成整比性的VO2薄膜,O2过量会生成V4O9、V6O13和V2O5,不足则会生成V2O3和V3O5[12]。贝尔实验室的Fuls等[13]首次通过直流反应溅射法制备出VO2薄膜。SunJinYun等[14]采用V靶射频反应磁控溅射法,控制O2/(Ar+O2)为6%,在450e的蓝宝石衬底上沉积出VO2薄膜,无退火处理时电阻突变可达103量级,510e退火处理后可达104量级。由于反应溅射V靶时易被氧化,近年来V2O5和VO2陶瓷靶材也被用来制备VO2
薄膜。SbastienSaitzek等[15]以Si(001)片作基底,采用自制
低成本的V2O5靶材,射频反应溅射出VO2薄膜。H.Miyazaki等[12]则利用V2O5靶在具有V缓冲层的基底上非反应溅射沉积出VO2薄膜,基底温度为400e,这是因为溅射时真空度高,基底设定温度也较高,V2O5会分解失氧。DmitryRuzmetov等[16]利用VO2靶,在溅射功率270W、Ar气压2.67Pa、基底温度300~550e的条件下直接沉积出VO2薄膜。与反应溅射V及V2O5靶相比,此法可以保证VO2薄膜较高的整比性和良好的突变性能,可在较广的范围内调节溅射参数制备出不同形态的VO2薄膜。鉴于传统的反应磁控溅射法薄膜成分对于溅射参数很敏感,难以制备出高整比的VO2薄膜,KunioOkimura等[17,18]提出用电感耦合等离子辅助溅射法来制备VO2薄膜,在Si(100)及Al2O3(001)衬底上制备出高整比性的VO2
薄膜,溅射参数可在较大范围内调节,并在250e的衬底上制
备出VO2薄膜,电阻突变量级为102。JBKana等[19]提出一种新的物理气相沉积法:倒筒式射频磁控溅射法,在玻璃衬底上制备出了具有良好热致变色效应的纳米VO2薄膜。2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法(Chemicalvapordeposition)是通过载气将反应前驱物引入反应室,然后在基底上发生化学反应生成薄膜的一种方法。制备VO2薄膜所用的前驱物主要为V的氯化物、氯氧化物及有机化物。1967年Koide以VOCl3
为前驱物首次沉积出VO2薄膜。CVD法是用来制备VO2
薄膜的最早方法,至今仍得到广泛研究与应用[20]。Green-
berg[21]以VO(OC3H7)3为前驱物,YasutakaTakahashi等[22]以VO(OC4H9)3为前驱物分别沉积出VO2薄膜。类似
#106#材料导报:综述篇 2009年11月(上)第23卷第11期这些采用有机金属化合物的CVD方法又称为有机金属化学气相沉积(MOCVD)法。Maruyama[23]通过常压化学气相沉积法(APCVD),以(C5H7O2)3V为前驱物制备出单一相VO2多晶薄膜,其热致变色光学、电学性能受薄膜厚度的影响,膜厚300nm时相变温度为44e。2002年以来,TroyD.Manning等对APCVD法进行了广泛详细的研究[24,28],分别以VCl4和VOCl3为前驱物与H2O反应制备出VO2薄膜,并对其掺杂进行了研究,结果表明,以VCl4、W(OC2H5)5和H2O为反应物在500~600e玻璃基底上沉积出掺钨薄膜,相变温度已接近实用水平;以VOCl3、MClx(x=5,M=Mo、Nb;x=6,M=W)和H2O为反应物,制备出V1-yMyO2(M=W、Mo、Nb)薄膜。该研究组的UzmaQureshi等[29]还通过VOCl3、TiCl4和H2O的反应,制备出TiO2/VO2复合薄膜。D.Vernardou等[30]提出直接液体注入-金属有机化合物化学气相沉积法(DLI-MOCVD)制备VO2薄膜,此法使用液体(或固体溶解在合适的溶液中)形式的前驱物。以VO-(C5H7O2)2为前驱物,通过调节温度、气体流量等参数来控制薄膜的整比性、结晶度及表面质量,在镀有SiO2的玻璃基底上制备出热致变色VO2薄膜。ClaraPiccirillo等[31]提出气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)法。AACVD法是将先驱物溶解在溶剂中,然后超声形成溶胶,再通过载气将溶胶以溶胶滴的形式输送到衬底上反应成膜。AACVD法不要求先驱物具有挥发性,且容易掺杂与控制掺杂量,制备出的薄膜比APCVD法所制备的具有更好的热致变色效果。该研究组以(C5H7O2)3V和VO-(C5H7O2)2为前驱物,通过合适的溶剂和载气流速制备出VO2薄膜,又通过与W(OC2H5)5一起形成溶胶制备出掺钨VO2薄膜[32]。R.Binions等[33]将AACVD法与APCVD法结合,制备出Au纳米颗粒掺杂的VO2薄膜,发现比APCVD法具有更好的表面覆盖效果,且由于表面等离子共振效应的存在,薄膜的颜色发生了变化。2.3 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法(So-lgel)是一种制备VO2薄膜简便易行的方法,其掺杂方便,易于在大面积及异形衬底上成膜。该法将钒的有机或无机化合物溶解在适当的溶剂中并加入其它原料配制成溶液,在一定温度下进行水解、聚合形成均匀溶胶(Sol),再进一步反应失去大部分溶剂形成凝胶(Gel),经过浸涂(Dipcoating)或旋涂(Spincoating)在衬底上成膜,再经干燥、热处理等过程制得薄膜。Greenberg[21]用VO(OPri)3溶胶、SongweiLu等[9,10]用VO(OPri)3溶胶、YasutakaTakahashi等[20]用VO(OBui)3-H2O-PriOH溶胶分别制备出VO2薄膜,这些采用有机物溶胶的方法称为有机So-lgel法。JacquesLivage等[34]以无机偏钒酸盐NH4VO3为起始原料,通过反应NH4VO3+3ROHyVO(OR)3+2H2O+NH3合成出钒的含氧醇盐,其中ROH为异丙醇(PriOH)或叔戊醇(AmtOH),然后以钒的含氧醇盐为前驱物在相应醇中形成溶胶,在Si衬底上通过旋涂法成膜,再在还原性气氛下退火形成晶态VO2薄膜。MeiPan等[35]将VO(acac)2加入甲醇中形成均匀溶胶,制备出晶态VO2薄膜。与传统So-lgel法的金属醇盐前驱物VO(OR)3