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热致相变氧化钒薄膜的制备与特性测试研究

作　者: 谢艳红
导　师: 黄鹰
学　校: 华中科技大学
专　业: 光电信息工程
关键词: 红外开关材料 VO2薄膜晶体结构相变性能制备工艺性能测试
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 71次
引　用: 1次
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内容摘要

热致相变型二氧化钒(VO2)薄膜,由于其独特的光电开关性能受到越来越多的重视。应用智能窗薄膜材料,在冬季室内温度低时,自动让太阳能辐射中的红外光高透过率入射到室内,通过光热转换提高室内的温度,减少采暖耗能;在夏季室内温度高时,自动阻止红外光入射到室内,从而阻止室内温度升高,大大减少空调的制冷负担。因此使用智能窗薄膜材料能实现建筑物的全年节能。将抗激光智能保护VO2薄膜材料,涂覆在探测器窗口表面上。当红外光或高功率激光入侵探测器窗口时,窗口材料被加热升温到相变温度,引起材料对红外光的反射率增高。则进入光学系统的光能量降低,光学系统免于被烧毁,实现了激光防护功能。本论文分别以硅片、蓝宝石、石英玻璃、K9玻璃、普通窗户玻璃为衬底,研究了相变纳米VO2薄膜的制备工艺。并对蓝宝石和玻璃衬底上的薄膜材料进行了光电特性、形貌特征、组成成分的测试分析。论文主要进行了以下工作:首先,根据智能窗以及抗激光保护膜应用对红外光开关率的设计要求,通过TFCalc薄膜设计软件进行了以普通玻璃为衬底的膜系设计,得到了最佳透过率的各层膜系的生长厚度参数,为后续工艺制备作指导。其次,研究了离子束反应溅射和后退火工艺制备VO2薄膜的重要参数对薄膜质量的影响,得出制备过程中的氧分压、衬底温度、退火时间和退火温度是最为关键的参量,给出了详细的工艺参数。最后,对制备的薄膜运用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射测试仪(XRD)、数字万用表、红外单波长激光器对薄膜的表面形貌、物相成分、电学特性和光学特性进行了测试。结果显示制备的薄膜具有纳米结构,为多晶非取向薄膜、具有良好的光电相变性能。对VO2薄膜进行了光开关时间和抗激光损伤能力的初步测试。还通过近红外分光光度计对薄膜进行了不同温度下透射光谱测试,实验得到了普通窗玻璃基底上具有光学相变特性的智能开关材料。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 概论  9-16
  1.1 概况  9-10
  1.2 VO_2 薄膜相变特性的应用  10-12
  1.3 VO_2 薄膜的制备方法  12-14
  1.4 本课题研究内容及意义  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 VO_2 相变理论及膜系设计  16-25
  2.1 VO_2 薄膜的晶体结构变化  16-17
  2.2 相变机理的初步分析  17-19
  2.3 膜系设计软件仿真  19-21
  2.4 多层膜系的设计及其优化  21-24
  2.5 本章小结  24-25
3 VO_2 相变薄膜的制备工艺研究  25-35
  3.1 反应溅射法制备VO_2 薄膜  25-27
  3.2 磁控溅射法制备VO_2 薄膜  27-29
  3.3 真空退火工艺  29-30
  3.4 离子束溅射镀膜的最佳技术参量研究  30-34
  3.5 本章小结  34-35
4 VO_2 薄膜特性测试及对比实验研究  35-55
  4.1 不同基底上VO_2 薄膜电阻温度特性的测试与对比实验  35-36
  4.2 不同基底上VO_2 薄膜透过率的光功率变化测试与对比实验  36-42
  4.3 AFM 分析测试  42-48
  4.4 VO_2 薄膜开光关时间测试实验研究  48-50
  4.5 XRD 分析测试  50-53
  4.6 大气环境下VO_2 薄膜的相变稳定性  53-54
  4.7 本章小结  54-55
5 VO_2 薄膜应用研究  55-61
  5.1 VO_2 薄膜的智能窗应用  55-58
  5.2 VO_2 薄膜的激光防护应用  58-60
  5.3 本章小结  60-61
6 全文总结  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录  68

热致相变氧化钒薄膜的制备与特性测试研究

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