氧化钒薄膜的溶胶凝胶制备、结构与光学性能

摘要

二氧化钒(VO2)热致变色玻璃是一种可智能化调节温度的节能镀膜玻璃，它比已有的低辐射玻璃有着更广阔的应用前景。氧化钒薄膜广泛应用于建筑、汽车、红外探测、光电开关、微电池、光存储器等领域。在二氧化钒薄膜中掺入少量的其它元素，可以有效的改变其相变点，尤其当掺入少量的高价离子时，可以有效的降低薄膜的相变点，其中尤以掺钨离子的降低幅度最大。
　　 根据实验室的条件，本研究利用水淬法溶胶凝胶法制备了稳定的氧化二钒溶胶，采用浸渍提拉法在普通钠钙硅玻璃和石英玻璃上镀制掺W/未掺W五氧化二钒薄膜，最后将提拉干燥后的薄膜进行真空热处理;并运用XRD、Raman光谱、FESEM、变温红外透过这四种表征手段分别研究了不同衬底、不同退火方式、不同退火温度、不同退火保温时间、不同退火升温速率和不同掺杂比例对钒氧化物薄膜结构、表面形貌的影响，并分析了薄膜的光学性能。得到以下结论:
　　 (1)Na+在350℃时就能从普通钠钙硅玻璃中扩散出来进入到薄膜形成钠钒氧化合物，普通钠钙硅玻璃一方面促进薄膜的晶化，另一方面也抑制五氧化二钒薄膜的还原;薄膜在20℃与80℃下的可见与近红外波段内透过率无明显变化。
　　 (2)在先结晶后还原的方式下由于生成的V2O5结构中原子间键太大，V2O5薄膜无还原现象。
　　 (3)在石英玻璃衬底上制备具有相变功能的VO2薄膜最佳参数为:真空度6×10-2pa，热处理温度480℃～500℃，保温时间8h，升温速率15℃/min。
　　 (4)通过控制W的掺量，利用水淬溶胶凝胶法制备出了具有相变功能的W掺杂钒氧化物薄膜，但相变质量变差。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 V2O5和VO2的基本物理化学性质

1．2．1 VO2的晶体结构

1．3 VO2薄膜的制备方法

1．3．1 真空蒸镀法

1．3．2 溅射法

1．3．3 溶胶凝胶法

1．3．4 脉冲激光沉积法

1．4 掺杂VO2薄膜的制备方法

1．4．1 溅射掺杂法

1．4．2 溶胶凝胶掺杂法

1．4．3 金属有机化合物气相沉积掺杂法

1．5 VO2薄膜的相变机理及掺杂元素对相变的影响

1．6 VO2薄膜的性质

1．6．1 VO2薄膜的电学性质

1．6．2 VO2薄膜的光学性质

1．7 VO2薄膜的用途

1．8 VO2薄膜的发展现状

1．9 选题的目的、研究内容及意义

第二章 实验方案、样品制备和处理及表征手段

2．1 实验方案

2．2 样品制备

2．2．1 实验材料、试剂和设备

2．2．2 纯五氧化二钒溶胶的制备

2．2．3 纯钒氧化物薄膜的制备

2．2．4 掺W的钒氧化物薄膜的制备

2．3 表征方法

2．3．1 X射线衍射(XRD)

2．3．2 场发射扫描电镜(FESEM)

2．3．3 UV-Vis分光光度计和UV-Vis-NIR光谱仪

2．3．4 Raman光谱分析

2．4 本章小结

第三章 钒氧化物薄膜的实验结果与分析

3．1 钒氧化物薄膜的物相分析

3．1．1 不同热处理温度下普通玻璃衬底对钒氧化物薄膜物相的影响

3．1．2 真空热处理方式对钒氧化物薄膜物相的影响

3．1．3 真空热处理温度对钒氧化物薄膜物相的影响

3．1．4 真空热处理保温时间对钒氧化物薄膜物相的影响

3．1．5 真空热处理升温速率对钒氧化物薄膜物相的影响

3．2 钒氧化物薄膜的表面形貌分析

3．2．1 真空热处理保温时间对钒氧化物薄膜表面形貌的影响

3．2．2 真空热处理升温速率对钒氧化物薄膜表面形貌的影响

3．3 钒氧化物薄膜的拉曼光谱的分析

3．4 钒氧化物薄膜的光学性能的分析

3．4．1 钠钙硅玻璃衬底对钒氧化物薄膜光学性能的影响

3．4．2 真空热处理温度对钒氧化物薄膜光学性能的影响

3．4．3 真空热处理保温时间对钒氧化合物薄膜光学性能的影响

3．5 本章小结

第四章 掺W的钒氧化物薄膜的实验结果与分析

4．1 不同掺W比例的钒氧化物薄膜的物相分析

4．2 不同掺W比例的钒氧化物薄膜的光学性能分析

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢