The invention relates to a thermochromic intelligent thermal control device based on VO2 thin film and a preparation method thereof, which belongs to the field of fabrication of micro- and nano-structural devices of intelligent materials. The invention aims to solve the problem that the high temperature reflection of the existing VO2 thin film is high and the high temperature emissivity of the intelligent thermal control device based on VO2 is low. The thermochromic intelligent thermal control devices based on VO2 thin films consist of high reflective metal substrate layer, Micro-Nanostructure VO2 layer and protective layer from bottom to top, or thermochromic intelligent thermal control devices based on VO2 thin films consist of semiconductor substrate layer, infrared high reflective layer, Micro-Nanostructure VO2 layer and protective layer from bottom to top. Preparation methods: 1. cleaning substrate; 2. VO2 thin film preparation; 3. micro-nano structure processing; 4. protective layer deposition. The invention is used for a thermochromic intelligent thermal control device based on VO2 thin film and its preparation.
【技术实现步骤摘要】
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件及其制备方法
本专利技术属于智能材料微纳结构器件制备领域。
技术介绍
VO2是一种热致变色材料，在温度变化时其光学性能能够发生明显变化，具体表现为：低温度时，VO2薄膜在红外波段高透过；高温时，红外光被VO2薄膜反射。VO2这种独特的光学性能非常适合用于温度自适应的智能材料。将VO2薄膜沉积在红外波段高反射的基底上，低温时透过VO2薄膜的红外波段的光被基底反射，由基底和VO2薄膜组成的器件此时整体红外波段高反射，呈低发射率；高温时，VO2薄膜红外高反射，红外光不能透过VO2薄膜，由于VO2薄膜的反射低于高反射的基底，器件整体上发射率变大，从而实现低温低发射，高温高发射的特征，非常适合做智能热控。然而，由于VO2薄膜高温的反射较高，导致基于VO2的智能热控器件的高温发射率较低，发射率变化值仅为0.3，严重制约其在热控领域应用。
技术实现思路
本专利技术要解决现有VO2薄膜高温的反射较高，导致基于VO2的智能热控器件的高温发射率较低的问题，而提供基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件及其制备方法。本专利技术基于VO2薄膜的热致变色智能热控...
【技术保护点】
1.基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件，其特征在于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳...
【技术特征摘要】
1.基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件，其特征在于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％。2.根据权利要求1所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件，其特征在于所述的高反射金属基底层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn或Cu；所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。3.如权利要求1所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：一、清洗基片：采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.7以上，得到预处理后的金属基底层；二、VO2薄膜制备：在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；三、微纳结构加工：在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；四、保护层沉积：利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。4.根据权利要求3所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的高反射金属基底层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn或Cu；步骤四中所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。5.根据权利要求3所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于步骤三中当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，所述的特定结构的光刻胶为具有圆形图案的光刻胶；步骤三中当所述的微纳结构单元形状为长方体时，所述的特定结构的光刻胶为具有正方形图案的光刻胶。6.基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件，其特征在于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射...
【专利技术属性】
技术研发人员：李垚，豆书亮，赵九蓬，任飞飞，张伟岩，李龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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