[发明专利]波纹结构二氧化钒薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钒薄膜及其制备方法。

背景技术

太阳光能量是取之不尽用之不竭的能源，其中，45％是可见光，49％是红外光，由于智能可控的高性能材料发展滞后，对可见光的开发利用率不是很高，所以能有效的发掘一种利用太阳光能量的功能材料成为新材料技术发展的当务之急。另外当今社会近30～40％能源用于建筑物加热、制冷、通风和照明等用途，空调的使用是消耗能量最大的部分。通过玻璃进行室内室外能量交换是有效节约能源的关键领域，在建筑物玻璃上涂上薄膜材料，在不同条件下控制太阳能辐射量的输入是一种有效节约能源的策略。VO₂是一种具有热致相变性能的金属氧化物，相变时具有在单斜结构和四方结构之间转变的特性，并且这种变换是一种高速可逆的相变。VO₂薄膜的一个重要性质就是发生可逆金属—半导体相变(简称M-S相变)的温度较低(68℃)，并且发生相变的同时电学和光学性能发生突变，在光学性能中，其在低温时，半导体相红外透过率到70％，而在高温金属相红外透过率接近0％，使其成为理想的智能玻璃涂层材料。为了能够实际应用要求VO₂薄膜的可见光透过率应该达到60％以上，然而现有制备的VO₂薄膜可见光透过率普遍都小于45％,限制了其应用。近年来大量的研究者通过掺杂Mg、F等元素、和在VO₂表面增加减反膜SiO₂或者TiO₂提高可见光透过率，另外一些研究者也通过制备带孔的VO₂薄膜来提高可见光透过率。然而以上提高可见光透过率的方法过于复杂，增加了制备成本。

发明内容

本发明是要解决现有的VO₂薄膜在可见光区的透过率低的技术问题，而提供一种波纹结构二氧化钒薄膜的制备方法。

本发明的一种波纹结构二氧化钒薄膜，由基片和附着在基片表面的二氧化钒层组成，其中二氧化钒层的表面形貌呈波纹状。

上述的波纹结构二氧化钒薄膜的制备方法按以下步骤进行：

一、利用射频磁控溅射方法在基片表面制备V₂O₅薄膜；

二、将步骤一制备的V₂O₅薄膜通过热处理，得到VO₂薄膜；

三、将VO₂薄膜送至离子束溅射室，抽真空至真空度为5.0×10^-4～9.0×10^-4Pa后通入氩气，使真空度为2.0×10^-2～8.0×10^-2Pa，VO₂薄膜的温度为室温，在放电电压60～70V、放电电流0.1A、粒子束流电压0.8～1Kv、加速电压200～260V、加速电流2～4mA、灯丝电流为6～8A的条件下离子束溅射，溅射时间20min～40min，得到波纹结构二氧化钒薄膜。

本发明首先通过射频磁控溅射技术制备具有热致相变性能的VO₂薄膜，然后再利用低能离子束辐照技术自组装制备出波纹结构的VO₂薄膜，该薄膜有热致相变性能，其相变温度为55～57℃，而且其可见光透过率最高接近70％，高可见光透过率的波纹结构二氧化钒薄膜使其能够满足智能窗的应用，而且薄膜具有高重复率，制备方法简单的特点，适合工业化生产。

附图说明

图1是试验1制备的波纹结构二氧化钒薄膜的XRD谱图；

图2是试验1制备的波纹结构二氧化钒薄膜的AFM图；

图3是图2的自相关图；

图4是试验1的步骤二中制备的VO₂薄膜的AFM照片(离子束辐照前)；

图5是试验1制备的波纹结构二氧化钒薄膜的变温电阻曲线图；

图6是试验1制备的波纹结构二氧化钒薄膜透过率曲线；

图7是试验2制备的波纹结构二氧化钒薄膜的XRD谱图；

图8是试验2制备的波纹结构二氧化钒薄膜的AFM图；

图9是试验2制备的波纹结构二氧化钒薄膜的变温电阻曲线图；

图10试验2制备的波纹结构二氧化钒薄膜的透过率曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种波纹结构二氧化钒薄膜，由基片和附着在基片表面的二氧化钒层组成，其中二氧化钒层的截面呈波纹状。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，基片为玻璃、石英或硅。其它与具体实施方式一相同。