一種二氧化釩低溫?zé)嶂伦兩∧さ闹苽浞椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種二氧化釩低溫?zé)嶂伦兩∧さ闹苽浞椒ǎ瑢儆诠δ懿牧虾捅∧ぜ?術(shù)領(lǐng)域，具體涉及使用五氧化二釩低溫誘導(dǎo)濺射生長特定晶向的金紅石二氧化鈦，并在此 基底上還原上層的五氧化二釩制備二氧化釩低溫?zé)嶂伦兩∧さ姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化釩是一種相變材料，其M相和R相在68°C會發(fā)生紅外透明的半導(dǎo)體相（M) 到紅外不透明的金屬相（R相）發(fā)生轉(zhuǎn)變，伴隨著光學(xué)，電學(xué)和磁學(xué)性能的突變，這些特性變 化可利用于智能窗，熱敏感電阻，衛(wèi)星鏡頭激光防護，溫控開關(guān)，光存儲等領(lǐng)域。因此二氧化 釩的應(yīng)用研宄具有重要的市場效益和軍工價值。
[0003] 隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展導(dǎo)致的建筑總體能耗提高、降低碳排放要求的提出及國際能 源緊缺問題的日趨嚴(yán)峻，智能節(jié)能窗戶成為了業(yè)內(nèi)的主流發(fā)展方向，而二氧化釩因相變溫 度接近室溫，具有紅外調(diào)節(jié)功能，成為了智能窗戶方向的主流材料。然而，其具體應(yīng)用還存 在著三個嚴(yán)重缺陷：（1)可見光透過率不高；（2)紅外光調(diào)節(jié)幅度不大；（3)相變溫度遠遠 高于室溫。而這三者又互相影響，降低薄膜厚度提高可見光透過率，但導(dǎo)致紅外調(diào)節(jié)能力進 一步降低，即使進行減反射設(shè)計也不能從根本上解決問題，只能使用在一些對光透過率要 求不太高的場合。
[0004] Y. Muraoka 等人（Appl. Phys. Lett. 2002,80:583-585 用脈沖激光沉積法生長的 (110)和（001)面金紅石相單晶二氧化鈦為基底，制備了外延生長的金紅石二氧化釩薄膜， 得到了（001)面金紅石二氧化鈦上生長的無摻雜二氧化軌，相變溫度為27度。JoonghoeDho 等人（J. Cryst. Growth. 2014,404:84-88)用兩面拋光且不同取向的單晶金紅石二氧化鈦 為襯底生長二氧化釩薄膜，發(fā)現(xiàn)（001)、（111)、（101)、（100)和（110)晶向襯底上生長的二 氧化釩薄膜相變溫度依次為33度、38度、53度、63度和73度。由此可將，不同晶向的金紅 石二氧化鈦襯底能使二氧化釩的相變溫度發(fā)生變化，能夠降低二氧化釩的相變溫度至室溫 附近，但金紅石相二氧化鈦制備工藝條件苛刻（需要至少700°C的高溫）、生產(chǎn)成本昂貴，實 際應(yīng)用價值很低，不適于大規(guī)模推廣。
[0005] 在二氧化釩中進行鎢等元素的摻雜能降低其相變溫度至室溫左右，但也會明顯降 低可見光透過率和嚴(yán)重影響紅外調(diào)節(jié)能力。
[0006] 中國專利申請?zhí)?01210412982.6公開了一種低相變溫度二氧化釩薄膜制備工 藝，它直接在K9玻璃，硅片或者其它基底上濺射生長二氧化釩，該專利未給出可見光透過 率和紅外光調(diào)節(jié)幅度等參數(shù)。此外，直接在K9玻璃或者鈉鈣硅玻璃上生長的二氧化釩， 400-600高溫鋼化退火處理后，因無鈉離子阻擋層，玻璃中的鈉離子擴散入二氧化釩中，形 成新的化合物，影響二氧化釩的結(jié)晶，不利于提高二氧化釩的相變特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種二氧化鈦低溫?zé)嶂伦兩∧さ闹苽浞椒ǎ摲椒ㄖ苽涞?到的熱至變色薄膜的相變溫度為35-45°C，可見光透過率為40. 3~44. 8%，紅外光調(diào)節(jié)幅 度為10. 2~11. 6%，且具有可鋼化功能。
[0008] 為了實現(xiàn)本發(fā)明所述目的，發(fā)明人提供了以下技術(shù)方案。
[0009] 一種二氧化釩低溫?zé)嶂伦兩∧さ闹苽浞椒ǎㄒ韵虏僮鞑襟E：
[0010] A.將反應(yīng)沉積腔抽至本底真空，再分別通入氧氣和氬氣，氧分壓為0-90%，使工 作壓力為〇. 1-3. OPa，基片溫度為20-25°C，以高純金屬釩為靶材，采用直流反應(yīng)磁控濺射 技術(shù)，在襯底基片上生長五氧化二釩層；
[0011] B.將襯底升溫至400-500°C，同時繼續(xù)通入氧氣和氬氣，氧分壓為10% -90%，使 工作壓力為0. 1-1. 〇Pa，以高純金屬鈦為靶材，采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)，誘導(dǎo)濺射生長 金紅石二氧化鈦層；
[0012] C.在還原氣氛或惰性氣氛環(huán)境中，進行退火，即得到基片/金紅石二氧化鈦/金紅 石二氧化釩熱至變色薄膜。
[0013] 步驟A所述襯底基片為玻璃。
[0014] 步驟A所述本底真空的真空度為1-3 X KT4Pa。
[0015] 步驟A所述五氧化二f凡層的厚度為50-120nm。
[0016] 步驟A所述氧氣的純度為99. 99%，氬氣的純度為99. 99%。
[0017] 步驟A所述高純金屬釩的純度為99. 99%，高純金屬鈦的純度為99. 99%。
[0018] 步驟A和B所述誘導(dǎo)濺射的功率密度為3-5W/cm2。
[0019] 步驟B所述金紅石二氧化鈦層的厚度為50-200nm。
[0020] 步驟C所述還原氣氛為氫氣和氬氣的混合氣體，所述惰性氣氛為氮氣或/和氬氣 氣體。
[0021] 步驟C所述退火的溫度為400-700°C，退火的時間為1-2小時。
[0022] 本發(fā)明所提供的制備方法，通過預(yù)先沉積一層五氧化二釩作為誘導(dǎo)層，然后在其 上通過固-液誘導(dǎo)生長混合晶向的金紅石二氧化鈦緩沖層，誘導(dǎo)生長后底層的五氧化二釩 移動至頂層，形成結(jié)晶的金紅石相二氧化鈦和五氧化二釩的混合薄膜，再通過還原氣氛將 頂層的五氧化二釩還原為二氧化釩，或者通過惰性氣氛高溫分解頂層五氧化二釩，最終得 到基底/金紅石二氧化鈦/金紅石二氧化釩熱致變色薄膜。
[0023] 所述制備方法中，不同晶向的金紅石二氧化鈦膜層可在400-500°C的范圍內(nèi)實現(xiàn) 可控生長，從而在此基底上實現(xiàn)了不同晶向的二氧化釩的外延生長，晶格匹配產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng) 力大大降低了二氧化釩膜層的相變溫度。
[0024] 該方法能在較低溫度下和較寬的反應(yīng)氣壓范圍內(nèi)實現(xiàn)混合晶向的金紅石二氧化 鈦的生長，有效的降低了無摻雜二氧化釩的相變溫度，既保證了產(chǎn)品二氧化釩熱致變色薄 膜的相變溫度接近室溫，又保證了薄膜有足夠的可見光透過率和紅外調(diào)節(jié)效率，能夠滿足 建筑智能窗、汽車玻璃等場合實際應(yīng)用的需要。
【附圖說明】
[0025] 圖1為實施例1中400°C下五氧化二釩誘導(dǎo)生長金紅石二氧化鈦的SEM圖。圖中 可見結(jié)晶的塊狀二氧化鈦和納米晶狀的五氧化二釩。
[0026] 圖2為實施例2中450°C還原氣氛中退火1小時后薄膜的SEM圖。圖中可見結(jié)晶 的塊狀二氧化釩。
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