VO2纳米晶的缺陷结构调控及性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

在能源消耗日益严重的今天,建筑室内的温度调控占据较大的能量损耗,开发出一种能智能控制室内温度的节能环保型建筑窗户成为研究人员关注的热点。钒氧化物种类繁多,常见的有V2O5,VO2,V2O3,VO等,其中氧化钒(VO2)有多种相结构,A, B, M, R相等,在341 K(68℃)附近表现出由单斜R相转变为四方M相的金属-绝缘体转变行为,伴随着电学性质,光学性质等的变化,因而广泛应用于传感器、红外光调制器、光电开关、能量存储器件及智能窗户等多个领域。由于VO2相变温度高于室温而制约其在智能窗领域的应用。为解决这一问题,研究人员采用VO2 晶粒尺寸调控、元素掺杂、应力诱导、形成异质结构、氢化处理、引入离子液体等多种方法等调节其相变温度。太原理工大学的王孟[1]等提出一种核壳结构模型,运用热力学方程推导出晶粒尺寸影响晶型转变的通解方程,并用实验证实了随着VO2 (M)纳米颗粒尺寸的减低,其晶型转变温度、熵值和焓值均会减小;元素掺杂是目前国内外研究最广泛且最成熟的方法,据报道W6 、Mo6 、Nb5 、Os4 等高价元素能有效降低VO2的相变温度[2],中国科学院上海技术物理研究所的刘星星[3]等采用磁控溅射法成功在玻璃基底上获得相变温度为32.6 ℃的掺钨VO2 薄膜;中国科学技术大学的樊乐乐[4]在2014年采用等离子辅助分子束外延法研究基底与VO2 之间的应力,结果表明界面应力、电子轨道占据与相变温度间存在关联;美国宾州州立大学的Xuefei Li和Raymond教授[5]提出利用界面调控构建VO2-TiO2-VO2 异质结构,得到具有良好金属-绝缘体转变行为的VO2薄膜;通过VO2 薄膜进行氢化处理,H占据填隙位或吸附表面形成O空位,导致V-3d 轨道电子占据增加,降低其相变所需要的能量势垒,进而引起相比温度的降低[6];Nakano[7]等人的研究则表明:引入离子液体后能利用电场调控VO2 薄膜中氧空位,进而调控其相变温度。

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