热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，是首先在基衬上制备金属钒薄膜，然后置于真空气氛炉中氧化退火，通过协同控制退火气压10Pa~3000Pa、退火温度300℃~550℃、升温速率5~20℃/min、退火时间0~90min等退火参数，及施行低压二次退火处理的方法，控制二氧化钒薄膜的晶粒尺寸、晶界数量、氧空位数量、15~20nm以下微晶数量、粒径分布、界面能等性能影响因素，获得热滞回线可调控的二氧化钒薄膜，宽度调控范围5~35℃，透光率高度调控范围17~54%，相变温度调控范围34~60℃。其满足热敏光敏元件、激光致盲防护装置、生物传感器、气体探测器、智能窗等不同领域对不同热致变色性能的二氧化钒薄膜的需求提供了简单可靠的制备方法。靠的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法
[0001]
：本专利技术属于薄膜材料制备领域,涉及一种二氧化钒薄膜的制备方法，特别是一种热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法。
[0002]
技术介绍
：二氧化钒薄膜是一种可逆相变材料，其块体相变温度（68℃）接近室温，是应用于智能窗的绝佳材料之一，相变反应速度极快为纳秒级，也是制备各种热敏元件、光电开关、激光致盲防护装置、非制冷焦平面探测器、光数据存储器、低温非线性滤波器、生物传感器、气体探测器、智能窗等的首选材料之一。低温时二氧化钒具有高红外透过率，高温时则在红外区具有较高的吸收和反射，使得其透过率大大降低 ；相变前后电阻率的变化幅度可达 102
-ꢀ
104倍。VO2(M/R) 相变前后光学及电学等物理性能的突变，使得其在红外调控、非制冷焦平面红外探测、光电开关、激光防护、光存储、光调制等领域有着广泛的应用前景。二氧化钒 M/R 相转变是一种可逆过程，这种相变在升温和降温过程中存在热滞，表现为升温过程和降温过程的相变温度存在差异，这个差值就是热滞回线宽度。
[0003]同时，在相变温度以下二氧化钒为单斜晶型（M），属绝缘体或半导体，在相变温度以上为四方金红石晶型（R），属导体。伴随相变，VO2的光学、电学、磁学性能都会发生突变。二氧化钒的这些性质，可通过测试变温透过曲线或变温电阻呈现出来，进一步绘制热滞回线可以更直观形象的观察、研判二氧化钒薄膜的性能。热滞回线高度代表薄膜的近红外调节效率或调节能力；热滞回线宽度代表薄膜完成一个可逆循环过程的温度跨度或逆过程相变点的温度滞后程度；热滞回线坡度或陡度代表薄膜在相变温度点完成相变的快慢或程度，或代表薄膜材料对临界温度的响应速度或程度；热滞回线中垂线对应温度代表薄膜材料的相变温度，中垂线及热滞回线的位置越靠向横坐标轴温度正向，相变温度则越高。该中垂线距离左右回线中点各二分之一回宽，说明正向及逆向相变相对该温度皆有一定滞后，用此中垂线表示的相变温度代表薄膜材料的平均相变温度。
[0004]中国专利公告号CN101792182A，公开了《一种钨掺杂二氧化钒粉体材料及其制备方法》，其公开的一种钨掺杂二氧化钒粉体材料，按照质量百分比，由以下组分组成：还原剂：2.97%-3.19%，工业纯三氧化钨：0%-6.89%，余量为工业纯五氧化二钒，以上各组分的质量百分比之和为100%。该钨掺杂二氧化钒粉体材料的制备方法，首先按照以上质量百分比称取原料，混料4-6小时，然后将混合均匀的粉料在惰性气体保护下进行高温还原，最后进行分散，得到钨掺杂二氧化钒粉体材料。本专利技术钨掺杂二氧化钒粉体材料及其制备方法，为高纯度二氧化钒而且晶型单一，同时其相变温度Tc可根据掺杂金属离子W6+的数量控制在-2.9℃-67.04℃这一范围内，从而使得钨掺杂二氧化钒粉体材料的光、电、磁等性能在-2.9℃-67.04℃这一范围内发生突变，满足特种功能材料的需要。还有如中国公告号为CN101481142《一种制备掺杂二氧化钒粉体材料的方法》涉及到W、Mo或者W/Mo共掺杂的二氧化钒粉体的制备。本专利技术将钒源、掺杂原料和助剂混合均匀研磨，高温熔融保温一定时间后倒入冷水中迅速水淬，形成的凝胶经干燥热处理后形成干凝胶，干凝胶研磨后在还原气氛
下热还原，在保护气氛下经退火处理，实现恒温晶相转化后即可以得到具有相变性质的M相VO2。通过调变W、Mo原子掺杂量能有效控制掺杂后VO2粉体的相变温度。再如中国专利公告号为CN104261873A公开的《一种调节二氧化钒膜相变温度的方法》，。对金属钒或低价态钒氧化物薄膜进行真空条件下通氧退火，通过改变退火过程中氧气分压来调节生成的二氧化钒薄膜的相变温度。这种调节相变的方式不依赖于衬底，既可以在晶体衬底上实现，也可以在非晶衬底上实现，是一种非常简单有效的二氧化钒薄膜相变温度调节方法。从其上述的所公开的制备二氧化钒薄膜的制备方法可以看出，其一般是通过改变制备二氧化钒薄膜的材料化学组分组成来实现及改变氧化氛围等来实现的。申请公布号CN 104944470 A本专利技术涉及《一种调节热滞回线宽度的方法》，在水热法制备所述二氧化钒粉体的过程中掺杂入规定量的掺杂元素M 以使获得的化学组成为V1-xMxO2的二氧化钒粉体的热滞回线宽度在1 ～30℃之间连续可调，其中，0<x ≤ 0.3，掺杂元素M为铟、碲、锡、镓、和/ 或锗。从上述所公开的内容可以看出，他们同样是以改变制备二氧化钒薄膜原料的组分组成来实现，即是化学的方法来实现。
[0005]由于钒金属氧化物体系复杂，V元素变价较多，中间价态的二氧化钒制备获得十分困难。目前不同的专家学者采用了不同的方法或工艺来制备二氧化钒薄膜，所制备出来的二氧化钒薄膜的结构和性能各不相同，绘制出来的热滞回线形状、位置各不相同，且成功率低，重复性差。报道有人采用后氧化法制备VO2薄膜，获得了较好的的重复性，但对如何调控二氧化钒薄膜的相变性能主要即是热滞回线形状、位置，并没有做到可控可调，不能满足不同器件装置、不同领域的需求，例如在激光防护装置、热敏元件、滤波器、生物传感器、智能窗等方面的应用，有的器件装置需要宽的、高的、陡的热滞回线，有的则需要窄的、低的、坡的或平缓的热滞回线。
[0006]因此，如何利用制备二氧化薄膜的过程中，通过调节其的制备工艺参数条件，来制备热滞回线可调控、且稳定可靠的二氧化钒薄膜的制备方法。
[0007]
技术实现思路
：本专利技术公开一种热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，以玻璃为基衬，在基衬上制备金属钒薄膜，然后置于真空气氛炉中氧化退火，通过协同控制退火气压、退火温度、升温速率、退火时间等参数，及施行低压二次退火处理的方法，来控制二氧化钒薄膜的晶粒尺寸、晶界数量、氧空位数量、微晶数量、粒径分布、化学计量、界面能等性能影响因素，获得热滞回线可调控的二氧化钒薄膜，宽度调控范围，包括高度调控范围，相变温度调控范围。可满足热敏光敏元件、激光致盲防护装置、生物传感器、气体探测器、智能窗等不同领域对不同热致变色性能二氧化钒薄膜的制备方法。
[0008]本专利技术公开一种热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，以玻璃为基衬，其包括如下工艺步骤：1）、金属钒薄膜的制备，于玻璃基衬上制备金属钒薄膜；2）、制备热滞回线可调控的二氧化钒薄膜，将步骤1）制备的金属钒薄膜置于退火装置中进行退火处理，协同调控退火参数，制备得到相变性能可继续调节的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜；3）、测试变温透过曲线，使用紫外-可见-红外分光光度计测试步骤1）二氧化钒薄膜的变温透光率曲线，控制测试波长范围250-500nm，测试温度范围为室温至完成相变温度点，
控制变温间隔为升温过程及降温过程每变化5-10℃测试一次透过曲线，于每次测试前保温至少5min；4）绘制二氧化钒薄膜样品的热滞回线，从变温透过曲线上取2000nm处的透过率数值作为纵坐标，取变温透过曲线的测试温度作为横坐标，绘制VO2薄膜样品的热滞回线。
[0009]所述的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，其步骤1）所述制备金属钒薄膜是于玻璃基衬上采用直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，以玻璃为基衬，其特征是包括如下工艺步骤：（1）、金属钒薄膜的制备，于玻璃基衬上制备金属钒薄膜；（2）、制备热滞回线可调控的二氧化钒薄膜，将步骤1）制备的金属钒薄膜置于退火装置中进行退火处理，协同调控退火参数，制备得到相变性能可继续调节的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜；（3）、测试变温透过曲线，使用紫外-可见-红外分光光度计测试步骤1）二氧化钒薄膜的变温透光率曲线，控制测试波长范围250-500nm，测试温度范围为室温至完成相变温度点，控制变温间隔为升温过程及降温过程每变化5-10℃测试一次透过曲线，于每次测试前保温至少5min；（4）、绘制二氧化钒薄膜样品的热滞回线，从变温透过曲线上取2000nm处的透过率数值作为纵坐标，取变温透过曲线的测试温度作为横坐标，绘制VO2薄膜样品的热滞回线。2.根据权利要求1所述的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征是步骤1）所述制备金属钒薄膜是于玻璃基衬上采用直流磁控溅射法制备。3.根据权利要求1所述的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征是步骤2）协同调控退火参数：是控制退火气压10Pa-3000Pa、退火温度300℃-550℃、升温速率5-20℃/min、退火保温时间1-90min，保温完成自然冷却，得具有不同相变性能要求的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜。4.根据权利要求1所述的热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征是步骤2）所述退火处理包括低...

【专利技术属性】
技术研发人员：储新宏，张小明，郭兵锋，刘健平，余济海，陶海征，梁瑞，
申请(专利权)人：宜春学院，
类型：发明
国别省市：