二氧化钒（VO₂）,作为一种过渡金属氧化物,具有热致变色特性,即对外界温度变化产生半导体-金属相变响应。使其在相变前后伴随光学、电学等物理性能突变。光学特性中,其呈现出低温相红外线高透过率,高温相红外线高反射率。因此,可应用于智能节能窗。近年来,由于VO₂室温相变特性与节能应用息息相关,使得VO₂基智能窗薄膜的研究颇为丰富。截止目前,VO₂智能窗薄膜的实际应用还面临以下问题:（1）本征相变温度较高（68°C）;（2）可见光波段积分透过率(T_lum)较低;（3）太阳能调节效率(ΔT_sol)较低;（4）薄膜稳定性较差,即耐候性差;（5）棕黄色发光,人眼舒适度低。因此,针对以上研究困境,本文设计了一系列VO₂基多层及复合薄膜结构,着重研究薄膜的智能窗光学特性及稳定性能。取得的主要研究结论如下:1、以WO₃为增透减反膜层,设计WO₃/VO₂/WO₃（WVW）三明治结构纳米薄膜,并计算获得各层膜较佳层膜厚（30 nmWO₃/50 nmVO₂/30 nmWO₃）。以普通玻璃为衬底,采用反应磁控溅射技术制备WVW结构薄膜。研究表明WVW结构薄膜各层成膜质量均匀,WO₃-VO₂界面存在晶格匹配关系。薄膜低温相可见光透过率提升49%(T_lum-L=55.4%)。由于界面W、V元素互扩散,薄膜相变温度降低。WO₃膜层同时作为保护层,使薄膜耐候性能明显提升。2、设计并制备玻璃/V₂O₃/VO₂双层结构薄膜,评价薄膜光学性能。顶层VO₂因V₂O₃缓冲层的嵌入结晶度提升,薄膜太阳能调节能力得到有效提升(ΔT_sol=13.2%,提升率为76%),近红外热滞回线宽度在V₂O₃缓冲层作用下宽化,薄膜耐候稳定性因VO₂层的高结晶度及V₂O₃缓冲层引入而提升。3、将SiN_x作为VO₂薄膜增透减反层及钝化层,设计并制备SiN_x-VO₂复合多层薄膜,研究薄膜光学优化性能及疲劳稳定性能。SiN_x/VO₂/SiN_x（SVS）三明治结构薄膜太阳能量调节效率提升明显(ΔT_sol=14.2%,提升率为32%),同时低温相可见光透过率也得到提升(T_lum-L=39.1%,提升率为8.6%),实验结果与基于传递矩阵的光学模拟一致。另外,进行VO₂单层薄膜及SVS薄膜相变疲劳循环实验（循环时间超过2年）,表明SVS具有优异疲劳循环稳定性能,SVS理论服役寿命超过27年,6倍于单层VO₂薄膜。薄膜失效机制得以论证,VO₂表面的非线性梯度氧化及长期相变过程中由于体胀系数变化而使表面产生的微裂纹是导致VO₂单层薄膜服役失效的主要原因。4、进行VO₂多孔结构薄膜设计。采用磁控溅射共溅射方法,通过精确控制溅射参数,结合特殊后退火工艺,制备VO₂多孔结构薄膜。PTFE（特氟龙）材料可作为薄膜自模板,在特殊后退火过程中对VO₂致密薄膜进行结构造孔。由于产生局域表面等离子体共振吸收效应（LSPR）,最终获得具有超高可见光透过率(T_lum-L=78.0%)及高太阳能调光能力(ΔT_sol=14.1%)的VO₂多孔结构薄膜。并且基于Maxwell-Garnett原理提出理想化混合模型,理论分析光学性能的巨大变化,并拓展智能窗应用领域到汽车前挡风玻璃(T_lum>70%,ΔT_sol>10%)。5、利用硝酸溶液对室温溅射并后退火结晶的VO₂连续薄膜进行表面刻蚀改性,规范化刻蚀过程,获得表面为颗粒孤岛结构的VO₂薄膜。刻蚀后薄膜表面颗粒产生近红外局域表面等离子体共振吸收效应（LSPR）使其具有高太阳能调光能力(ΔT_sol=11.9%),同时带来了高可见光透过率(T_lum=59.8%)。类比喀斯特地貌形成原因,薄膜刻蚀机理推测如下:刻蚀过程沿晶界进行,非晶态VO₂与小尺寸晶粒优先反应溶解,最后可达去粗取精效果。基于Maxwell-Garnett提出理想化混合模型,理论分析薄膜光学性能的优化机制。