钨掺杂二氧化钒薄膜和SiO2@VO2复合薄膜的制备及其性能研究

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二氧化钒(VO2)是一种相变温度为68℃前后的热致变色材料。在二氧化钒发生相变的同时,它的透过率、电阻率以及磁化率等都发生突变。本论文主要完成了两个体系:一,一种超亲水自清洁、智能控温的钨掺杂VO2薄膜的制备及其性能研究;二,一种具有超疏水自清洁、智能控温SiO2@VO2复合薄膜的制备及其性能研究。(1)一种超亲水自清洁、智能控温的钨掺杂VO2薄膜本论文采用溶胶-凝胶法制备热致变色钨掺杂二氧化钒薄膜。同时,对二氧化钒薄膜的的钨掺杂量进行了一个研究。通过XRD、SEM、XPS、CA和UV-3600测试表征。结果表明,二氧化钒薄膜是由多晶VO2晶格组成。此外,掺杂并没有改变VO2薄膜在石英玻璃衬底上生长的择优取向方向。通过SEM图可以看出,所制备的二氧化钒薄膜的颗粒尺度在30-150 nm。截面扫描图看出薄膜厚度基本在200-400 nm,且比较均一。XPS图谱分析可知,所制备的不同钨掺杂量的二氧化钒中,钨实际表现出的掺杂量与我们所投的钨的量是基本一致的。这也就表明,钨离子已经全部掺进了二氧化钒晶格中。通过表面接触角测试结果表明,所制备的钨掺杂二氧化钒薄膜具有亲水性,而且当钨掺杂量为0.5mol%时,薄膜表面展现出优异的超亲水性,水接触角WCA达到12°。UV结果表明,本实验方法所制备的VO2薄膜可以有效地改变相变前后光学透光率,并与理论计算结果相一致。透过热滞曲线结果表明,本实验采用的钨掺杂VO2薄膜可以显著降低相变温度,最低达到应用广泛的接近室温32℃。(2)一种超疏水自清洁、智能控温SiO2@VO2复合薄膜本论文在制备一种超疏水自清洁、智能控温SiO2@VO2复合薄膜体系中,主要先研究具有高透明度的超疏水SiO2薄膜,再在体系一中制备的钨掺杂二氧化钒薄膜表面进行超疏水SiO2薄膜复合。首先,采用溶胶-凝胶法制备一种具有高透明度的超疏水SiO2薄膜。采用酸碱两步法,先通过酸催化水解甲基三甲氧基硅烷的甲醇溶液,再进行碱催化缩合聚合形成二氧化硅网络状凝胶。我们对这种制备工艺进行了优化,先进行了酸处理时间的研究。结果表明,当酸水解处理时间为3 h时,所制备的二氧化硅薄膜具有非常好的超疏水效果,表面静态水接触角达到153°。同时,所制备的薄膜的透过率达到90%以上。还进行了退火温度对超疏水薄膜的性能影响的研究。结果表明,当在氩气氛围中退火温度为500℃和600℃处理30 min的薄膜的透过率可以高达95%以上。而且这种干凝胶膜可以涂布在不同基材表面上,都具有非常好的超疏水性能。因此,我们首先制备好具有低相变温度的二氧化钒薄膜,再在其表面制备超疏水薄膜,从而得到一种超疏水自清洁、智能控温SiO2@VO2复合薄膜。
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