二氧化钒薄膜的制备及其应用基础研究
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二氧化钒薄膜的制备及其应用基础研究VO<sub>2</sub>作为一种具有独特相变性能的过渡金属氧化物,一直以来受到科研工作者的广泛关注。
电阻率、红外透过率等在相变前后发生的巨大变化使得该材料被应用于多种用途,如光/电开关、智能玻璃和激光防护涂层等。
本文利用水热法成功地制备VO<sub>2</sub>薄膜材料,系统地研究了薄膜制备工艺、微观结构和电、光性能及其相互间的关系,揭示了薄膜生长机理和相关影响因素,为利用液相法制备高质量过渡金属氧化物薄膜提供了新的思路。
论文主要内容和相关重要结论如下:（一）类单晶纳米网状二氧化钒薄膜的制备及其性能研究不依赖光刻技术的二维纳米结构自组装制备技术是当前纳米技术的研究热点之一,获得具有规则结构的二维纳米材料仍然面临很大的挑战。
本论文利用一种简易的水热法制备得到了晶圆尺寸范围内分布均匀的、具有桁架结构、共格连接的自组装VO<sub>2</sub>纳米网状薄膜。
这种纳米网状结构薄膜由VO<sub>2</sub>纳米棒组成,纳米棒间互呈120°（或60°）,选区电子衍射（SEAD）分析显示纳米棒间呈孪晶取向关系。
XRD和SAED结果表明,VO<sub>2</sub>纳米网状薄膜是由蓝宝石衬底外延诱导生长得到,（001）取向蓝宝石衬底为VO<sub>2</sub>纳米棒生长提供了三重对称的等价生长方向。
这种独特结构的纳米网状薄膜具有可媲美单晶
VO<sub>2</sub>材料的相变电阻调制性能和优异的抗相变疲劳性能。
薄膜在相变前后电阻变化率可达到5个数量级,电阻热滞回线宽度仅为
1.7℃,500次MIT相变热循环后,其相变电阻调制性能没有明显的衰减。
上述研究工作证明,利用水热法,采用衬底诱导技术可以实现二维规则结构纳米薄膜的可控制备,为二维有序纳米结构自组装制备提供了新的技术途径,所制备的纳米
网状薄膜在功能开关器件中具有潜在的应用价值。
（二）氧空位对二氧化钒薄膜晶体结构和电性能的影响氧空位对
VO<sub>2</sub>的晶体结构和性能有着关键的影响,然而其影响金属-绝缘体相变的机理仍然充满争议。
本文利用低温退火工艺（LTP）对纳米网状
VO<sub>2</sub>薄膜进行不同时间的热处理,研究了不同浓度氧空位对
VO<sub>2</sub>薄膜的微观结构和相变电阻调制性能的影响。
在LTP的过程中,VO<sub>2</sub>的晶胞参数随着退火时间的增加而逐渐减少,与此同时重结晶和结构坍塌的现象并没有被发现。
相应的,VO<sub>2</sub>薄膜显示出从1至4.5数量级不等的相变电阻调制能力。
XPS测试结果表明,VO<sub>2</sub>中的氧空位的浓度可以较容易地通过LTP工艺进行控制;氧空位的存在价带顶引入缺陷能级,导致材料电导率升高。
上述研究工作展示了一种可调控VO<sub>2</sub>中氧空位浓度的有效手段。
（三）二氧化钒热致变色玻璃的研究低成本热致变色VO<sub>2</sub>薄膜制备对于实现智能窗的应用至关重要。
本文成功研发了一项在商用玻璃上制备VO<sub>2</sub>薄膜的简便技术。
利用水热法,借助TiO<sub>2</sub>缓冲层,在玻璃表面自组装生长了纳米片状VO<sub>2</sub>薄膜。
三角形片状VO<sub>2</sub>斜立于基底表面,形成自组装的多孔结构,利于可见光的透过。
薄膜的孔隙率可以通过改变反应前驱液的浓度来调控。
孔隙率为35.9%的VO<sub>2</sub>薄膜展现出了最佳的热致变色性能,在可见光波段范围内,最高透过率达到70.3%,在紫外到近红外波段,相变前后光调制率达到了9.3%。
结果表明,本文所开发的自组装多孔结构VO<sub>2</sub>薄膜制备技术具
有很好的实用潜力,将有助于VO<sub>2</sub>智能窗的商业开发。
（四）
xCr-VO<sub>2</sub>微测辐射热计热敏电阻薄膜论文在前述工作的基础上,采用水热法制备xCr-VO<sub>2</sub>薄膜材料。
Cr的掺杂有效抑制了金属-绝缘转变,通过调控后续的热处理工艺,获得了在20-100℃范围内,TCR最高达到-4.029%/K的15%-Cr-VO<sub>2</sub>热敏电阻薄膜。