从宏观的外部特征到微观结构,科学技术的发展使得我们能进一步探究微纳尺度的结构设计和制造。一些具有热致变色的相变功能的超材料能在光、热、应力等多种外界激励下大幅变换自身物性,被广泛用于建筑节能、光热响应开关、红外传感器等领域,近年来广受人们的重视与研究,是一种极具发展前景的材料。二氧化钒（VO2）就是典型具有热致变色的相变材料之一,其光学性质和电学性质在相变前后等均会突变,发生金属-绝缘体转变（MIT）。如何合理利用VO2相变前后的材料特性并进行有效的制备对高效利用VO2变得尤为重要。本文主要完成了探究和总结磁控溅射方式制备高质量VO2薄膜的工艺方法,利用机器学习结合粒子群优化（PSO）,设计在大气窗口波段具有最大发射率变化的VO2器件,并使用磁控溅射制备所设计薄膜结构,表征热辐射响应进行验证。本文的主要研究内容为:通过蒙特卡洛方法设定多层膜结构参数,使用传输矩阵法（TMM）计算光谱,建立光谱数据库。利用神经网络模型对所获得的数据库进行学习,预测光谱响应,分析与TMM的计算误差。为后续目标波段的结构优化提供设计指导。使用磁控溅射方法制备VO2薄膜,探究高质量VO2薄膜的制备工艺,使用物性测试设备对所制得的薄膜进行的成晶情况和表面形貌进行表征,获得反应成膜的最适氧分压,探讨衬底表面缺陷,退火温度和退火时间对VO2成膜质量的影响以及相变过程中价键峰的变化,分析了后处理—退火过程对相变温度和温滞区间影响。并获得了相对精准的薄膜厚度。总结快速优化算法和VO2制备工艺,针对大气窗口波段热辐射调控的需求,对选取的双谐振腔结构VO2/Si O2/VO2/Si O2/W进行优化设计,PSO获得的最优结果:中间层VO2厚度为0nm,并分析了对原VO2/Si O2/VO2/Si O2/W结构与VO2/Si O2/W结构的光谱预测误差,表明单谐振腔结构在的发射率变化优于原双谐振腔结构,发射率变化幅度最大为39.8%。验证了神经网络模型在学习后对极端结构条件的光谱响应预测的可靠性。并通过磁控溅射实验设计制备了所述的最优结构,通过傅里叶光谱仪测试获得发射率变化为36.6%。综上所述,本文总结了磁控溅射制备高质量VO2薄膜的工艺,验证了使用ML结合TMM优化得到的模型的可行性与可靠性,总结了由设计仿真、结构参数的优化到器件的制备表征完整流程,为后续类似的实验设计提供建议与参考。