[发明专利]一种二氧化钒复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化钒复合薄膜及其制备方法，包括基板、依次形成于所述基板表面的第一保护增透层、二氧化钒调光层和第二保护增透层，所述第一保护增透层或/和第二保护增透层的化学式为WO_3‑x（0＜x＜0.9）或M_yWO₃（0＜y≤1），M为Cs、Rb、K、Na、Li、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。本发明选用WO_3‑x或M_yWO₃，作为位于所述二氧化钒调光层两侧的第一保护增透层和第二保护增透层。其中WO_3‑x或M_yWO₃，其光学常数n与二氧化钒薄膜匹配，n=2.0‑2.4，可以达到光学设计调光。

技术领域

本发明涉及温控智能薄膜氧化钒多层复合薄膜材料及其制备方法，属于功能材料制备领域，尤其涉及具有优异调光性能，增透性能及耐候性能二氧化钒基薄膜的制备方法。

背景技术

温室效应导致全球变暖，而温室气体排放也日益严重，开发清洁能源以及清洁智能材料已经成为二十一世纪各国的共同目标，而我国的能源政策也明确指出，要走科技含量高，环境污染少，节约，清洁和安全的发展道路。目前，建筑在能源消耗中占比较大，其中能耗最严重的为玻璃，其面积约占总建筑面积的13％，而玻璃的散热则达到了70％，现有普通玻璃对紫外及红外的隔热效果较差。目前，尽管部分建筑采用隔热贴膜、热反射膜等，但对红外及紫外波段的阻隔并不理想。

金红石相(R相)二氧化钒是一种具有相变特性的金属氧化物，在68℃发生低温单斜相(M相)到高温金红石(R)相的可逆相变。在此相变过程中，其光透过率、电导率等物理性质产生剧烈变化，因而使其在智能控温玻璃中具有潜在应用。氧化钨则是一种具有电致调光能力的氧化物，目前多用于电致变色材料器件研究。尽管氧化钨的光学常数与二氧化钒较为匹配，可作其调光层薄膜，但由于薄膜厚度及光学性能计算结果与实际薄膜性能存在较大差距。因此，氧化钨用于改善二氧化钒耐候性能，红外阻隔性能及可见光增透的研究很少出现。然而，氧化钨除具备与二氧化钒薄膜进行光学设计调光的潜质外，其稳定性优良及近红外阻隔的特性也可改善二氧化钒薄膜相应性能，并且以往研究表明钨元素常掺杂于氧化钒中以改善其相变温度。

目前，已有报道将二氧化钒制备成薄膜加以应用。虽在普通玻璃表面镀上二氧化钒薄膜能够有红外光调控作用，但由于二氧化钒的相变温度较高及对可见光的较强吸收，且四价钒不够稳定，致使其薄膜在环境中的调光能力及可见光透过能力仍然不佳，且薄膜易劣化甚至脱落失效，耐候性差。因而，制备出高透过率高耐候性二氧化钒基薄膜已成为本领域研究热点。

磁控溅射技术是一种常用的物理气相沉积镀膜技术，目前已被广泛应用于半导体电子器件，光学玻璃，建筑玻璃，机械制造等工业领域，其薄膜沉积速率高，成膜质量均匀，成膜参数可重复性高，特别是由惰性气体等离子体轰击靶材所溅射出的薄膜粒子具有较高的能量，在基材表面一定范围内自由移动并并成膜，所获薄膜结构均一并与基材具有良好的附着力，且相对化学方法其对环境无污染。因此，我们选择该方法制备二氧化钒复合薄膜。

目前所报道的二氧化钒薄膜的中，有许多已初步优化二氧化钒薄膜的性能。中国专利“一种氧化硅红外增透氧化钒薄膜的制备方法”(中国发明专利公开号CN104928641A)中，采用在二氧化钒薄膜表面镀一层二氧化硅的方式，提高了薄膜的红外透过率。然而，该方法所得二氧化钒薄膜的耐候性能并未得到具体研究，且薄膜可见光透过率较低的缺点仍未解决。