二氧化钒材料由于具有接近室温的金属-绝缘体相变,在低温下对太阳辐射有较大的透过性,而在高温下能阻挡部分太阳辐射,这使其在智能窗领域有着巨大的应用潜力。然而,二氧化钒自身的相变温度（Tc）超过室温且可见光透过率(Tlum)和太阳能调节率(ΔTsol)较差,限制了它的真正应用。本文以二氧化钒材料为基础,研究了掺杂、复合膜等手段来提升其热致变色性能,主要开展了以下工作:以VO2为基体,引入不同掺杂元素制备出了V0.985X0.015O2（X=Mg、Zr、Nb、Ba和W）薄膜。结果表明,不同的元素掺杂会使二氧化钒产生不同程度的晶格畸变,畸变程度与掺杂元素的化合价及离子尺寸有关。低化合价掺杂,如Mg2+和Ba2+,与高化合价掺杂相比,晶格畸变造成的能量势垒较小,因此,获得相同纯度绝缘或金属相VO2所需要的温度较低。离子尺寸较大的掺杂元素,如Ba2+,能导致二氧化钒出现明显的晶格畸变,同时显著影响表面形貌,最终影响Tlum和ΔTsol。高化合价掺杂,如Nb5+和W6+,能提供额外的自由电子,这些电子与V4+结合,破坏了V4+-V4+链的结构对称性,显著降低相变温度。其中,每掺入1 at.%的W,Tc约降低20.2°C。引入电负性较小的元素,如Zr4+和Mg2+,能够导致禁带宽度变宽,引起吸收边的蓝移,从而优化二氧化钒的光学性能。V0.985Zr0.015O2具有最佳光学性能,其Tlum和ΔTsol分别达到61.4%和10.3%。通过Zr、W元素共掺可同时实现二氧化钒Tc、Tlum和ΔTsol的优化。此外,调节水热反应溶液浓度,基于定向附着模型,获得了蒲公英状的V0.95Zr0.04W0.01O2和花瓣状的V0.94Zr0.04W0.02O2样品。蒲公英状结构由于其更小的纳米棒间距和更大的团聚尺寸,能提高与光线的作用概率,同时由于掺杂元素的作用,其Tc、Tlum和ΔTsol分别达到46.9°C、60.7%和10.6%。进一步提升共掺中W的比例,光学性能有所降低,但Tc能得到更大幅度的降低。2 at.%的W掺杂能使二氧化钒的相变温度降低至室温附近,这大大提升了其应用价值。最后,通过与ZrW2O8负热膨胀材料构成ZrW2O8/VO2和ZrW2O8/VO2/ZrW2O8复合膜,研究了负热膨胀效应对复合膜性能的优化。一方面,ZrW2O8层作为减反射层的存在,可以在光线穿过时,降低反射率,从而增加了光透过率,使Tlum得到一定的提升。另一方面,由于ZrW2O8的负热膨胀效应,导致变温过程中ZrW2O8、VO2和玻璃基底之间出现热膨胀失配。在热应力的影响下,二氧化钒和玻璃的界面处会形成一个凹面结构。这种结构相比于平面结构而言能够聚集更多的光线,从而使可见光透过率得到进一步提升。VO2/ZrW2O8双层膜的可见光透过率为71.9%;ZrW2O8/VO2/ZrW2O8三层膜的可见光透过率达到75.7%。ZrW2O8层还消除了VO2薄膜的棕黄色,提升了整体美观性。