本发明专利技术方法涉及一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜及其制备方法，属于功能材料领域。所述二氧化钒薄膜原子百分比为：(W+Eu)/(W+Eu+V)≤5at.％。其制备方法为：将钨酸和氧化铕溶解于过氧化氢形成澄清透明的溶液，将所得溶液与五氧化二钒分散溶解于异丁醇，得到悬浊液A；向悬浊液A中加入浓盐酸和草酸加热搅拌得到溶胶B，经陈化得到溶胶‑凝胶前驱液；将溶胶‑凝胶前驱液旋转涂于洁净的基底表面，烘干，并重复旋涂步骤，得到预沉积前驱体薄膜；然后真空退火处理得到一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜。该薄膜在大幅度降低相变温度的同时能够保持对红外透过的高效的调节能力。
【技术实现步骤摘要】
：本专利技术方法涉及一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜及其制备方法。属于功能材料领域。技术背景：二氧化钒是(VO2)一种智能热致变色材料。在68℃附近时，二氧化钒具有可逆的金属-绝缘转变(MIT)，这种转变是一个一级结构相转变的过程，其晶体结构从低温的单斜M相转变到高温四方金红石R相，转变过程中电导率、红外区域透过率和反射率均发生突变。在半导体相，声子能量低于带隙，VO2表现出高的红外光透过率；相反，金属相则表现出低的红外光透过率。其相变响应速度极快,可达几十fs量级，且外加电场和应力场可以实现对MIT相变的调控,这些优异的性能使VO2在激光防护、智能窗、热/光电开关、多场调控电子器件、光存储器件等领域具有广泛的应用前景。二氧化钒块体在经过多次相变后,由于相变过程中产生的应力会导致材料的晶体尺寸发生破裂或者变成碎块。而单晶二氧化钒薄膜在多次相变后依然能够稳定存在,因而在实际应用中多为单晶的二氧化钒薄膜。对于在智能窗等应用方面而言，VO2的相变温度68℃显然较高，难以做到有效调控室内温度，因而如何对VO2相变温度及其红外光学特性进行调控变得至关重要。众多研究表明，化学元素掺杂是改变VO2相变温度的有效方式。在掺杂降低相变温度的研究中，钨原子每掺杂1％相变温度即可降低20-26K，一度成为研究热点，通过改变钨的掺杂含量可以控制相变温度在室温至68℃之间。然而W等过渡金属元素的掺杂在改变相变温度的同时，普遍会导致掺杂VO2薄膜在相变前后的相变特性显著减弱，如相变点附近电阻突变量减小和红外光调控能力弱化。尽管研究报道表明一维纳米结构的VO2诸如纳米带、纳米线，在一定程度上能够克服以上缺点，但目前阶段仍然存在制备工艺要求复杂、成本过高问题以及相变特性具有不确定性。因此探索新的材料设计与制备工艺条件，实现降低VO2相变温度的调控同时不降低相变前后二氧化钒对红外光调节能力，优化光学调制能力和电阻跃变能力对于实际应用而言显得至关重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜，该薄膜在降低VO2相变温度的同时不降低二氧化钒薄膜在相变前后对红外光调节能力。本专利技术的目的之二在于提供一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法。为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案：一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜，所述二氧化钒薄膜原子百分比为：(W+Eu)/(W+Eu+V)≤5at.％，优选W/(W+Eu+V)＝1at.％，Eu/(W+Eu+V)＝4at.％。一种本专利技术所述W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将钨酸(H2WO4)超声溶解于过氧化氢(H2O2)溶液形成澄清透明的溶液，并将所得溶液与五氧化二钒(V2O5)分散溶解于异丁醇，最终得到悬浊液A；在60～80℃加热搅拌，同时向悬浊液A中加入盐酸(HCl)、氧化铕和草酸(H2C2O4·2H2O)，通入氮气，在氮气的氛围中搅拌反应8h以上，得到溶胶B；经室温密封陈化2天以上，得到溶胶-凝胶前驱液。(2)将溶胶-凝胶前驱液旋涂于清洁干燥的基底表面，烘干去除多余的异丁醇溶剂。(3)并重复步骤(2)五次以上，得到预沉积前驱体薄膜；然后通过真空退火处理，得到所述一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜。所述的超声溶解在室温下操作，反应40min以上。所述的，溶胶B中钒的浓度范围为0.2～0.5mol/L。所述的，钨酸与过氧化氢的摩尔比为1:300。所述的，加入的草酸与五氧化二钒的摩尔比为2:1。所述的，加入的盐酸与过氧化氢摩尔量相等。所述的，旋涂转速范围2500～3500rpm，烘干温度70～80℃。所述的，真空退火处理为：真空度≤10-3Pa，退火温度为450～550℃，是为了使五氧化二钒分解转化为二氧化钒，退火时间为≥4h。优选的，所述基底为c-Al2O3。优选的，所述溶胶B中钒的浓度为0.2mol/L。优选的，所述真空退火温度为470℃。一种W掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法，将上述W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法中步骤(1)中的氧化铕去掉，其他步骤相同，即得到一种W掺杂的二氧化钒薄膜。有益效果依据本专利技术的制备方法制得的W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜具有高度的优先结晶取向，在大幅度降低相变温度的同时能够保持对红外透过的高效的调节能力。在上述条件下，制备的W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜转变温度下降至45℃以下，红外调节效率(2500nm)达到了43％以上；相同方法制备的单一W掺杂的二氧化钒薄膜对应调节效率为29.2％。本专利技术提供的材料设计方法和制备工艺，可以实现对材料的相变特性进行精确地控制，具有良好的可重复性与生产意义。该方法还具有工艺简单，原料易得和能耗低的优点。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的W和Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的X射线衍射(XRD)图；图2为本专利技术实施例1制备的W和Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的拉曼光谱(Raman)图；图3为本专利技术实施例1制备的W和Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；图4为本专利技术实施例1制备的W和Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的在波数为400～4000cm-1范围内，在24℃和90℃时的红外透过率测试图；图5本专利技术实施例1制备的W和Eu共掺杂的二氧化钒薄膜在波长为2500nm处的透过率随温度变化的滞后曲线；图6为本专利技术实施例4制备的W掺杂的二氧化钒薄膜的X射线衍射(XRD)图；图7为本专利技术实施例4制备的W掺杂的二氧化钒薄膜的拉曼光谱(Raman)图；图8为本专利技术实施例4制备的W掺杂的二氧化钒薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；图9为本专利技术实施例4制备的W掺杂的二氧化钒薄膜的在波数为400～4000cm-1范围内，在24℃和90℃时的红外透过率测试图；图10本专利技术实施例4制备的W掺杂的二氧化钒薄膜在波长为2500nm处的透过率随温度变化的滞后曲线具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。对以下实施例制备的二氧化钒薄膜进行如下多种表征技术测试：(1)X射线衍射分析：采用荷兰帕纳科公司的XPERT-PRO型XRD(X-raydiffraction)射线衍射分析仪，铜靶Cu-Kα作为辐射源管压40kV，管流40mA，扫描范围15-50°，步长为0.02°，停留时间为3s；将实施例制备的二氧化钒薄膜置于载玻片的正中间，将载玻片放入仪器的实验槽正中，进行测试；物相的鉴定和晶体结构信息由JADE6.0软件分析。(2)拉曼光谱分析：采用法国HORIBAJOBINYVONS.A.S.生产的LabRAMHR800显微共焦拉曼光谱仪，光谱重复性，采用532nm(50mW)激光器，532nm的三阶峰的信噪比优于10％，并能观察到四阶峰。空间分辨率横向好于1微米，纵向好于2微米。峰位用标准硅片进行校正，常温实施例制备的二氧化钒薄膜放在石英片上直接测量。(3)扫描电子显微镜分析采用日本日立Hitachi公司S4800型场发射扫描电镜(SEM)对实施例制备的二氧化钒薄膜进行显微形貌测试，测试前需要对实施例制备的二氧化钒薄膜进行喷金处理，增加实施例制备的二氧化钒薄膜的导电性。(4)变温红外透过率测试采用Perkin-Elmer公本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜，其特征在于：所述二氧化钒薄膜原子百分比为：(W+Eu)/(W+Eu+V)≤5at.％。
【技术特征摘要】
1.一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜，其特征在于：所述二氧化钒薄膜原子百分比为：(W+Eu)/(W+Eu+V)≤5at.％。2.如权利要求1所述的一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜，其特征在于：所述二氧化钒薄膜原子百分比为：W/(W+Eu+V)＝1at.％，Eu/(W+Eu+V)＝4at.％。3.一种如权利要求1所述的一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：(1)将钨酸超声溶解于过氧化氢溶液形成澄清透明的溶液，并将所得溶液与五氧化二钒分散溶解于异丁醇，最终得到悬浊液A；在60～80℃加热搅拌，同时向悬浊液A中加入盐酸、氧化铕和草酸，通入氮气，在氮气的氛围中搅拌反应8h以上，得到溶胶B；经室温密封陈化2天以上，得到溶胶-凝胶前驱液；(2)将溶胶-凝胶前驱液旋涂于清洁干燥的基底表面，烘干去除多余的异丁醇溶剂；(3)并重复步骤(2)五次以上，得到预沉积前驱体薄膜；然后通过真空退火处理，得到所述一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜；所述的超声溶解在室温下操作，反应40min以上；所述的，溶胶B中钒的浓度范围为0.2～0.5mol/L；所述的，钨酸与过氧化氢的摩尔比为1：300；所述的，加入的草酸与五氧化二钒的摩尔比为2:1；所述的，加入的盐酸与过氧化氢摩尔量相等；所述的，旋涂转速范围2500～3500rpm，烘干温度70～80℃；所述的，真空退火处理为：真空度≤10-3Pa，退火温度为450～550℃，退火时间为≥4h。4.如权利要求3所述的一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于：所述基底为c-Al2O3。5.如权利要求3所述的一种W与Eu共掺杂的二氧化钒薄...
【专利技术属性】
技术研发人员：李祥，潘国平，管楚云，程兴旺，刘吉平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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