钒基智能热控薄膜辐射特性研究开题报告
1.选题背景
VO2是众多钒氧化物中研究得最多的一种，不仅是因为VO2显著的突变性质，更重要的是其相变温度在68℃，最接近室温，因而最具有实用潜力。VO2在低温半导体和高温金属态之间的变化是一种高速可逆相变。当升温达到相变点时，材料的结构和性能同时在纳秒级时间范围内发生突变，晶体由单斜转变为四方，其电阻可突变，红外波段光谱特性由高透射变为高反射。因而可以被广泛应用于热开关、温度传感器、信息存储以及大面积玻璃幕墙等领域。国内外近年来对VO2的应用基础研究热潮方兴未艾，薄膜变色开关器件是主要的研究方向。V02的光电转换性能已经用于热触发电转换器、电致变色和光致变色装置、热敏传感器和透明导体的研制。优良的VO2薄膜红外波段两态透射率可分别达到85％和1％，可用于研制近红外的全光网络光开关。安装在红外光电传感器及光电探测器窗口，阻止大功率激光或热红外波损害的光学系统和光学元件也在开发之中。
用多种物理化学方法都可以制备VO2薄膜。由于V 的价态结构很复杂,而这些相的稳定条件又较接近,因此,要得到严格化学配比的VO2 比较困难,一般是各种相的混合材料。目前VO2的制备方法包括射频/直流磁控溅射沉积法、Sol-Gel 法( 溶胶凝胶法)、IBED( 离子束增强沉积法)、PLD( 脉冲激光沉积法)、水解法等多种方法。磁控溅射沉积法直接制备得到的薄膜容易混合VO、V2O3、V2O5等多种价态的钒氧化合物，因此对直接溅射制备的薄膜进行适当条件的热处理，对薄膜的相变特性有较大影响。采用直流对靶磁控溅射法，在氮气或氢气氛围下对薄膜进行热还原处理，分析表明薄膜的晶粒尺寸发生变化，相变温度随晶粒尺寸增加而减小。
2. 研究现状
自1959年从VO2的相变特性被F.J.Morin发现起，国内外的学者就纷纷开展了大量的研究，目前主要有以下几个研究方向：
2.1 研究制备VO2的各种方法
VO2是钒的众多氧化物里的一种中间价态化合物，在高温下性能不稳定，而其制备条件相对于低价的V2O3和高价的V2O5 的制备亦是相当的苛刻和难以控制。事实上，早在几十年前，就有很多国内外的研究工作者在这方面做出了很多的努力。H.Biala, F.C.Case等人曾以高纯的金属钒为原材料，采用反应蒸发法(ARE)在蓝宝石上制备出了VO2薄膜，相变温度为64℃附近，电阻突变达3-4个数量级。R.T.Kivaisi等人用金属钒靶，用磁控溅射法在石英衬底上制备VO2多晶薄膜，相变温度约为65℃~68℃。Mark Borek,D.H.Kim 和H.S.Kwok曾分别采用脉冲激光沉积法(PLD)的方法在蓝宝石上制备出VO2薄膜，相变温度约为63℃-68℃，电阻变化幅度约为(2-4)times;104。制备VO2的方法很多，除了上面的反应蒸发法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法等方法，还有许多其它简单可行的方法，如K.R.Speck等人曾用四异丙醇化钒的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在石英片上生长出多晶VO2薄膜，相变温度约为67℃，其电阻的变化达1-2 个数量级。
2.2 研究VO2材料的光电性能
