二氧化钒（VO₂）具有接近室温的相变温度和可逆金属-绝缘体相变（MIT）特性,在高于相变温度时,其晶体结构从半导体态的单斜晶系（M相）转变为金属态的金红石四方晶系（R相）并伴随着光学特性的极大变化,是用于智能窗的理想材料。基于VO₂薄膜的智能窗能有效节省能量消耗,合理利用资源,但其实际应用受到低可见光透过率(T_lum)或低太阳能光谱调制能力(ΔT_sol)的限制,Liu等人于2013年指出在实际应用中其应至少拥有40%的T_lum和20%的ΔT_sol。此外,基于VO₂的超材料具有十分灵活的特性,可人为地设计和调节结构参数来实现不同的功能,同时也被认为是智能窗应用的有力竞争者和极佳候选者。针对基于VO₂薄膜的智能窗应用面临的问题,本文提出了一种新的解决方案。即,在VO₂薄膜的智能窗结构之上引入基于VO₂的超材料结构来改善T_lum与ΔT_sol。利用特定的超材料结构,在保持较高T_lum的情况下提升ΔT_sol以期实现40%的T_lum和20%的ΔT_sol的应用要求。围绕这一目标,本文主要做了如下工作:1.研究了基于VO₂薄膜的TiO₂/VO₂双层智能窗结构的增透原理,利用CST仿真软件和VO₂材料的Drude模型搭建了该结构并进行仿真,得到其在380-2500nm波段的透过率。通过结构优化得出TiO₂/VO₂双层结构的性能参数T_lum,M(VO₂为M相时的T_lum)、T_lum,R(VO₂为R相时的T_lum)和ΔT_sol分别为59.4%、51.1%和9.7%。该结构虽然具有较高T_lum但ΔT_sol较低,不适于实际应用。2.设计了基于VO₂的超材料结构层（VO₂（ms）,其中“ms”为metamaterial structure缩写）构成VO₂（ms）/TiO₂/VO₂三层结构,该超材料层为均匀分布有特定半径和间距的圆孔的VO₂薄膜。通过仿真和优化得到了优异的性能,其T_lum,M为50.4%,T_lum,R为41.8%,并且在2.5μm处的调制幅度为63.8%,ΔT_sol高达22.8%,实现了研究目标。分析认为超结构VO₂（ms）层的引入对可见光有阻挡作用,使得T_lum在高低温下分别比TiO₂/VO₂双层结构降低约9%。同时,VO₂相变为金属态后该结构会形成MIM谐振腔使得近红外调制幅度大幅提升,ΔT_sol从9.7%增加至22.8%。此外,通过分析得出圆孔间距D的增加会导致该结构性能下降。3.通过磁控溅射和聚苯乙烯（PS）微球辅助制备方法实验制备了VO₂（ms）/TiO₂/VO₂结构的样品并进行实际测试。实验获得了良好的性能,其ΔT_sol为20.8%,T_lum,M为46.5%,T_lum,R为41.2%,而该样品的实际圆孔间距D为1381nm。结合实验和仿真对比分析得出,它们具有相近的变化趋势并证实了圆孔间距D的增加对样品性能的负面影响。