【摘 要】
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VO2相变过程伴随着光学性能的突变,这使VO2具备了调制太阳光能量的能力,成为了一种理想的热致变色智能窗材料。虽然纯相VO2薄膜对近红外光的调制幅度超过50%,然而由于材料严重的本征吸收,单层VO2薄膜的可见光透过率通常小于40%,这将大幅增加照明能耗,降低节能效率。为了提高VO2薄膜的性能,推动其商业化应用,通常需要将VO2薄膜设计成复合相结构或者添加增透层。本论文利用快速退火工艺制备了复合相氧
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VO2相变过程伴随着光学性能的突变,这使VO2具备了调制太阳光能量的能力,成为了一种理想的热致变色智能窗材料。虽然纯相VO2薄膜对近红外光的调制幅度超过50%,然而由于材料严重的本征吸收,单层VO2薄膜的可见光透过率通常小于40%,这将大幅增加照明能耗,降低节能效率。为了提高VO2薄膜的性能,推动其商业化应用,通常需要将VO2薄膜设计成复合相结构或者添加增透层。本论文利用快速退火工艺制备了复合相氧化钒薄膜,在此基础上研究了HfO2增透层对复合相氧化钒薄膜光学性能的影响机制,制备了性能优异的VORTA（Vanadium Oxide Rapid Thermal Anneal）/HfO2双层复合薄膜。同时,本论文还利用VOx（非晶）/HfO2双层薄膜进行快速退火处理,制备了底层为单斜相氧化钒的VO2（M）/HfO2薄膜。具体研究内容如下:（1）利用有效介质理论和传输矩阵法对VO2（M）/HfO2和（V2O5/VO2）/HfO2两种结构薄膜进行了光学性能仿真。根据单层VO2（M）薄膜透射光谱随厚度变化的仿真结果,确定了后续薄膜的厚度。对于VO2（M）/HfO2结构,进行不同厚度HfO2的仿真,确定了HfO2薄膜的最佳厚度。对于V2O5/VO2复合结构,进行不同体积分数VO2的透射光谱仿真,确定了VO2的最佳体积分数。对于（V2O5/VO2）/HfO2结构,模拟不同厚度的HfO2薄膜的热致变色性能,确定了HfO2薄膜的最佳厚度。（2）参照前述仿真结果,利用室温磁控溅射和快速退火工艺制备了VORTA/HfO2双层复合薄膜,并对样品进行了微结构分析和透射光谱测试。在HfO2层的溅射过程中,VORTA的材料特性并没有改变。由于VORTA薄膜中的应变效应,VORTA/HfO2的相变温度低于传统VO2（M）薄膜。相对于单层VORTA,VORTA/HfO2表现出更好的光学性能(可见光透过率Tlum为51.6%,太阳光谱调制能力ΔTsol为15.4%)。加速老化实验中,VORTA/HfO2表现出良好的环境稳定性。（3）利用VOx/HfO2双层薄膜进行快速退火处理,制备了底层为单斜氧化钒的VO2（M）/HfO2薄膜。研究了制备工艺参数（磁控溅射无定形氧化钒薄膜时的氧流量、快速退火的时间和温度）对VO2（M）/HfO2薄膜微观结构的调制机理。并对不同条件下制备的双层薄膜进行光学性能评估。相对于单层VO2（M）,VO2（M）/HfO2薄膜表现出更好的光学性能(Tlum为40.92%,ΔTsol为17.78%)。
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