【摘 要】
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二氧化钒（VO2）薄膜在相变温度（Tc=68℃）附近经历单斜结构到四方金红石结构的可逆半导体-金属转变,相变前后红外光透过率和电阻率均会发生急剧变化,这些特性使得VO2薄膜成为用于智能窗的最佳候选材料之一。但是,VO2基智能窗的实际应用还面临几个棘手问题:本征VO2薄膜的Tc较高、同时具备高可见光透过率(Tlum)和高太阳能调节效率(ΔTsol)的VO2薄膜难以制备以及VO2薄膜的耐久性较差。为了
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二氧化钒（VO2）薄膜在相变温度（Tc=68℃）附近经历单斜结构到四方金红石结构的可逆半导体-金属转变,相变前后红外光透过率和电阻率均会发生急剧变化,这些特性使得VO2薄膜成为用于智能窗的最佳候选材料之一。但是,VO2基智能窗的实际应用还面临几个棘手问题:本征VO2薄膜的Tc较高、同时具备高可见光透过率(Tlum)和高太阳能调节效率(ΔTsol)的VO2薄膜难以制备以及VO2薄膜的耐久性较差。为了解决这些问题,本文利用SnO2薄膜作为缓冲层和减反层,采用脉冲激光沉积技术在玻璃衬底上制备了SnO2/VO2双层膜和三明治结构SnO2/VO2/SnO2复合薄膜,研究了SnO2缓冲层和减反层对VO2薄膜的光电性能和耐久性的影响规律。主要研究内容如下:（1）研究了SnO2缓冲层的生长温度和厚度对VO2薄膜光电性能的影响。研究表明,当SnO2缓冲层的生长温度为550℃时,SnO2/VO2双层膜具有最优的光学性能。同时,在550℃制备温度下,通过控制SnO2缓冲层的厚度可以有效地调节VO2薄膜的晶粒尺寸、表面粗糙度和光学带隙。当SnO2缓冲层的厚度为100 nm时,SnO2/VO2双层膜的Tlum和ΔTsol同时得到了明显改善。（2）设计并制备了三明治结构SnO2/VO2/SnO2复合薄膜。固定SnO2缓冲层和减反层的厚度在100 nm,研究了SnO2缓冲层和减反层的制备温度对三明治结构SnO2/VO2/SnO2复合薄膜光电性能的影响规律。与SnO2/VO2双层膜相比,通过调节SnO2缓冲层和减反层的制备温度获得了热致变色性能更加优异的SnO2/VO2/SnO2三层膜。当SnO2缓冲层和减反层的制备温度为320℃时,SnO2/VO2/SnO2薄膜的相变振幅达到了354倍,并且Tc和热滞宽度得到了有效地降低。同时,Tlum和ΔTsol之间也达到了较好的平衡。之后,将SnO2缓冲层和减反层的生长温度固定在320℃,通过改变SnO2减反层的厚度继续优化SnO2/VO2/SnO2三层膜的光学性能,结果显示,当SnO2厚度为100 nm时,复合薄膜表现出优异的Tlum（50.2%）和ΔTsol（15.3%）。（3）探究了VO2薄膜、SnO2/VO2双层膜和三明治结构SnO2/VO2/SnO2复合薄膜在沸水实验中的耐久性。实验结果表明,VO2薄膜和SnO2/VO2双层膜分别在沸水中处理5 h和4 h后,薄膜的热致变色性能完全消失。然而,SnO2/VO2/SnO2三层膜在沸水中处理6 h后,仍能保持原先29%的太阳能调节效率。本论文的研究结果表明,三明治结构SnO2/VO2/SnO2复合薄膜在具有优异的可见光透过率和太阳能调节效率的基础上,同时还展示出了优良的耐久性,在智能窗领域具备较好的应用潜力。图54幅,表6个,参考文献107篇。
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