一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜及其制备方法技术

一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜及其制备方法，它属于智能窗领域。本发明专利技术要解决现有VO

【技术实现步骤摘要】
一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜及其制备方法
本专利技术属于智能窗领域。
技术介绍
VO2是一种热致变色材料，具有低温可见近红外波段高透过，高温可见近红外波段高反射的特性，非常适合作为智能窗材料。智能窗材料有三个主要参数：可见透过比、热调控能力和相变温度，分别表示采光能力、节能能力和实用性。然而本征的VO2薄膜低温可见透过比较低，一般为40％，热调控能力一般也小于10％，不足以满足使用需求，且相变温度较高，严重制约其在智能窗领域应用，南洋理工大学龙祎等人在《BioinspiredMultifunctionalVanadiumDioxide:ImprovedThermochromismandHydrophobicity》中采用了溶胶-凝胶法制备了VO2包覆SiO2的仿蛾眼结构智能窗薄膜，其低温可见透过比最高达到44.5％，热调控能力最高达到了7.1％，较其本征性能有较大提升，但是溶胶-凝胶法制得薄膜表面均一性差，且界面处可能存在折射率失配现象，会影响其性能，距离实际使用仍有较大的差距。
技术实现思路
本专利技术要解决现有VO2薄膜低温可见透过比较低，热调控能力不足以满足使用需求，且相变温度较高，严重制约其在智能窗领域应用的问题，而提供一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜及其制备方法。一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜自下而上依次由基底层和VO2层组成；所述的VO2层由多个W掺杂的VO2微纳结构单元组成，且所述的多个W掺杂的VO2微纳结构单元均布设置于基底层上层表面，相邻W掺杂的VO2微纳结构单元紧密排列；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或圆台形；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元为圆台形时，圆台形的上圆面直径为46nm～496nm，圆台形的下圆面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元中W占W与V的总原子数的1％～3％。一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：一、高能脉冲磁控溅射W掺杂的VO2薄膜制备：采用高能脉冲磁控溅射技术，在基底层上制备W掺杂的VO2薄膜，得到表面覆有W掺杂的VO2薄膜的基底层；二、离子束刻蚀：在W掺杂的VO2薄膜上沉积SiO2球作为模板，利用离子束刻蚀法刻蚀W掺杂的VO2薄膜，得到VO2层，最后去除SiO2球，得到仿蛾眼结构VO2智能窗薄膜；所述的VO2层由多个W掺杂的VO2微纳结构单元组成，相邻W掺杂的VO2微纳结构单元紧密排列；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或圆台形；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元为圆台形时，圆台形的上圆面直径为46nm～496nm，圆台形的下圆面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元中W占W与V的总原子数的1％～3％。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于金属表面微纳结构的等离子体共振效应，通过调控刻蚀结构的尺寸大小分布，移动其表面等离子体共振波长至1000nm～1500nm，拉大透过率变化值，利用W掺杂降低了VO2的相变温度(相变温度为53℃以下)。具体为：(1)本专利技术利用高能脉冲磁控溅射方法制备了W掺杂的VO2薄膜，利用高能脉冲的工艺特性可降低制备温度，使薄膜可在柔性基底上制备，应用范围得到拓宽；W掺杂降低了VO2薄膜的相变温度，提高实用性。(2)本专利技术利用膜层转移法在VO2薄膜表面制备一层SiO2二维光子晶体模板，利用刻蚀技术在VO2薄膜表面制备了圆锥形、圆柱形和圆台形的仿蛾眼结构，高温下金属态VO2利用表面等离子体共振吸收效应，降低近红外波段的透过率，低温时由等效介质理论，可将仿蛾眼结构等效为减反层，增加低温透过率。透过率可由可见透过比表征，可见透过比越大，透过率越大，本专利技术低温可见透过比可达到66.7％～88.7％，进而提高透过率变化值，经透过率变化值计算热调控能力可达到7.3％～16.8％，非常适合智能窗领域。本专利技术用于一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜及其制备方法。附图说明图1为本专利技术仿蛾眼结构VO2智能窗薄膜的结构示意图，1为基底层，2为VO2层。具体实施方式具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜自下而上依次由基底层和VO2层组成；所述的VO2层由多个W掺杂的VO2微纳结构单元组成，且所述的多个W掺杂的VO2微纳结构单元均布设置于基底层上层表面，相邻W掺杂的VO2微纳结构单元紧密排列；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或圆台形；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元为圆台形时，圆台形的上圆面直径为46nm～496nm，圆台形的下圆面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元中W占W与V的总原子数的1％～3％。本实施方式的有益效果是：本实施方式基于金属表面微纳结构的等离子体共振效应，通过调控刻蚀结构的尺寸大小分布，移动其表面等离子体共振波长至1000nm～1500nm，拉大透过率变化值，利用W掺杂降低了VO2的相变温度(相变温度为53℃以下)。具体为：(1)本实施方式利用高能脉冲磁控溅射方法制备了W掺杂的VO2薄膜，利用高能脉冲的工艺特性可降低制备温度，使薄膜可在柔性基底上制备，应用范围得到拓宽；W掺杂降低了VO2薄膜的相变温度，提高实用性。(2)本实施方式利用膜层转移法在VO2薄膜表面制备一层SiO2二维光子晶体模板，利用刻蚀技术在VO2薄膜表面制备了圆锥形、圆柱形和圆台形的仿蛾眼结构，高温下金属态VO2利用表面等离子体共振吸收效应，降低近红外波段的透过率，低温时由等效介质理论，可将仿蛾眼结构等效为减反层，增加低温透过率。透过率可由可见透过比表征，可见透过比越大，透过率越大，本实施方式低温可见透过比可达到66.7％～88.7％，进而提高透过率变化值，经透过率变化值计算热调控能力可达到7.3％～16.8％，非常适合智能窗领域。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的基底层为SiO2、TiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜，其特征在于一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜自下而上依次由基底层和VO

【技术特征摘要】
1.一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜，其特征在于一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜自下而上依次由基底层和VO2层组成；
所述的VO2层由多个W掺杂的VO2微纳结构单元组成，且所述的多个W掺杂的VO2微纳结构单元均布设置于基底层上层表面，相邻W掺杂的VO2微纳结构单元紧密排列；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或圆台形；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元为圆台形时，圆台形的上圆面直径为46nm～496nm，圆台形的下圆面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；
所述的W掺杂的VO2微纳结构单元中W占W与V的总原子数的1％～3％。


2.根据权利要求1所述的一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜，其特征在于所述的基底层为SiO2、TiO2或聚酰亚胺。


3.根据权利要求1所述的一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜，其特征在于所述的VO2层厚度为20nm～300nm；所述的基底层厚度为500μm～1000μm。


4.如权利要求1所述的一种仿蛾眼结构二氧化钒智能窗薄膜的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
一、高能脉冲磁控溅射W掺杂的VO2薄膜制备：
采用高能脉冲磁控溅射技术，在基底层上制备W掺杂的VO2薄膜，得到表面覆有W掺杂的VO2薄膜的基底层；
二、离子束刻蚀：
在W掺杂的VO2薄膜上沉积SiO2球作为模板，利用离子束刻蚀法刻蚀W掺杂的VO2薄膜，得到VO2层，最后去除SiO2球，得到仿蛾眼结构VO2智能窗薄膜；
所述的VO2层由多个W掺杂的VO2微纳结构单元组成，相邻W掺杂的VO2微纳结构单元紧密排列；所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或圆台形；当所述的W掺杂的VO2微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为50nm～500nm，高度为20nm～300nm；当所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李垚，豆书亮，魏航，赵九蓬，任飞飞，谷金鑫，李龙，范青潽，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23