摘要
作为一种典型的相变材料，VO2在68℃附近呈现可逆的半导体-金属相变，伴随着自身光电属性的剧烈变化，在热致变色智能窗、阈值开关、激光防护以及辐射制冷等领域具有广泛应用前景。基于VO2相变的热致变色薄膜在低温时透过率较高，允许太阳光入射，在高温时透过率低，阻挡太阳光入射，能够智能调节室内温度，是一种理想的节能材料。然而VO2结晶需要较高的退火温度，导致VO2薄膜制备工艺与商用柔性衬底不兼容，大幅限制了VO2热致变色薄膜的应用空间。为了解决VO2薄膜制备工艺与柔性衬底的兼容性，拓展VO2薄膜的应用，本论文采用溅射预沉积和快速退火工艺制备了复合相氧化钒基柔性热致变色材料，对其微观结构和热致变色性能展开了系统研究，并探索了其在热致变色智能窗领域的应用。主要研究内容如下： （1）探索氧化钒薄膜制备工艺与柔性衬底的兼容性，对比四种商用PI衬底的耐温性，选择性能适宜的PI作为氧化钒薄膜的柔性衬底，对氧化钒柔性薄膜的制备展开研究。通过耐温实验筛选出在400℃放置10min后仍保持84.87%透过率的0.025mm透明PI衬底。在此基础上，采用磁控溅射和空气中快速退火工艺，成功在上述衬底上制备了具有热致变色功能的柔性氧化钒薄膜，经过工艺优化，预沉积薄膜厚度为120nm，退火温度为400℃时，退火得到的柔性氧化钒薄膜综合性能最佳。 （2）研究了退火时间对柔性氧化钒薄膜的微观结构和热致变色性能的影响。样品结构分析表明，退火后的柔性氧化钒薄膜中含有VO2(M)、V3O7和V2O5三种成分。随着退火时间的延长，柔性氧化钒薄膜的钒元素整体价态提高、平均颗粒尺度和表面粗糙度增加。薄膜的可见光透过率（Tlum）随退火时间的增加而增加，而太阳光能量调制幅度（ΔTsol）呈现先增加后降低的趋势，退火4分钟的柔性氧化钒薄膜Tlum为50.55%，ΔTsol为8.64%。 （3）利用旋涂工艺，在柔性氧化钒薄膜上覆盖PDMS，研究了柔性VOx/PDMS双层薄膜的热致变色性能和环境适应性。柔性氧化钒薄膜添加PDMS之后，在Tlum为49.09%的情况下，ΔTsol从8.64%提高至13.65%。此外，柔性VOx/PDMS双层薄膜表现出优异的疏水性、抗弯曲性和环境稳定性。PDMS的加入还提高了薄膜的中红外发射率，使其具备一定辐射制冷能力。相较于空白石英玻璃，柔性VOx/PDMS双层薄膜使得室内温度下降约10℃，具备优良的节能效果。
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