二氧化钒能带宽度

二氧化钒吸收光谱
二氧化钒是一种重要的过渡金属氧化物，具有许多重要的应用。

它的吸收光谱是指在可见光或紫外光范围内，二氧化钒吸收光线的
特性。

二氧化钒的吸收光谱是其电子结构和能级分布的重要信息来源，对于研究其光电性质和催化性能具有重要意义。

从化学角度来看，二氧化钒的吸收光谱主要受到其电子结构的
影响。

在可见光和紫外光范围内，二氧化钒会吸收特定波长的光线，导致电子跃迁到高能级轨道，从而产生吸收峰。

这些吸收峰的位置
和强度可以提供关于材料的能带结构和电子态密度的信息。

从物理角度来看，二氧化钒的吸收光谱也与其晶体结构和晶格
振动有关。

晶体结构的对称性和晶格振动模式会影响二氧化钒的光
学性质，从而在吸收光谱中产生特定的谱线和峰值。

此外，二氧化钒的吸收光谱还受到其化学环境的影响。

例如，
二氧化钒可能与其他化合物形成复合物或固溶体，在吸收光谱中表
现出不同的特征。

总的来说，二氧化钒的吸收光谱是一个复杂而多方面的研究课
题，需要综合考虑其化学、物理和结构等多个方面的因素。

对二氧化钒吸收光谱的深入研究有助于揭示其光电性质和催化性能，对于材料科学和化学工程领域具有重要意义。

二氧化钒电导率
二氧化钒是一种常见的金属氧化物，也称为钒酸盐(V2O5)，是一种黄色到红棕色的粉末，是制备钒的重要原料之一。

在工业生产中，二氧化钒通常作为催化剂，脱硫剂以及电
极材料使用。

其中，二氧化钒的电导率表现出了其在电化学领域的重要作用。

电导率是指物质导电性的一个重要物理量。

在电场的作用下，物质中的电荷会发生移动，从而形成电流。

而电导率就是指物质中单位体积电荷移动的速度。

通常表示为sigma，单位是西曼/米（S/m）。

对于二氧化钒来说，其导电性质主要与其晶体结构和化学成分有关。

二氧化钒是一种
离子型固体，其中钒的氧化态为+5，一个钒原子配合五个氧原子形成VO4的四面体结构。

在固体中，钒原子与氧原子之间存在共价键和离子键。

共价键是指两个原子之间的电子互换，而离子键则是指一个金属离子和一个非金属离子之间的电荷相互作用。

这使得二氧化
钒表现出了良好的导电性质。

另外，二氧化钒还表现出了类金属的导电性质，其电导率可被改善和调控。

当二氧化
钒与氢气等还原剂进行还原反应时，其导电性质会得到改变。

在这种情况下，二氧化钒的
导电性质会显著提高。

进一步地，通过控制还原程度、温度和酸性等因素，可以获得具有
良好导电性质的二氧化钒。

总的来说，二氧化钒是一种重要的固体导体，在工业生产和电化学领域中具有广泛的
应用前景。

在目前的研究中，通过合理地设计和控制实验条件，可以通过还原、电场、化
学修饰等方案来调控二氧化钒的导电性质，从而更好地满足不同应用领域的需求。

基于二氧化钒的可见光超材料饱和吸收体1.引言1.1 概述概述随着科学技术的不断发展，材料科学领域一直处于不断突破和创新的前沿。

在可见光超材料的研究中，二氧化钒作为一种具有潜力的材料备受关注。

可见光超材料是一种具有特殊结构和优异性能的材料，能够在可见光范围内实现超常的光学效果。

本文将重点研究基于二氧化钒的可见光超材料饱和吸收体。

通过对二氧化钒的特性以及可见光超材料的概念的介绍，探讨二氧化钒作为可见光超材料的应用前景，并对研究进行总结。

二氧化钒是一种具有丰富特性的过渡金属氧化物，具有良好的光学性质和化学稳定性。

其在可见光范围内具有较高的吸收能力，可用于光伏、光催化和光电子学等领域。

同时，可见光超材料是一种人工制造的具有特殊结构的材料，可以实现对光波的完全控制。

它通过优化结构和耦合效应，具有独特的光学性质，如负折射率、超透明和超吸收等。

本研究旨在探究二氧化钒作为可见光超材料饱和吸收体的潜力。

通过对二氧化钒的特性进行概述，了解其在可见光范围内的吸收性能和应用前景。

同时，将重点介绍可见光超材料的概念和特点，以及其在光学领域的广泛应用。

通过结合二氧化钒的特性和可见光超材料的优势，探讨二氧化钒作为可见光超材料饱和吸收体的适用性和发展前景。

在本研究中，我们将综合理论分析和实验验证的方法，对基于二氧化钒的可见光超材料饱和吸收体进行深入研究。

通过对其光学性能、结构设计和制备工艺的优化，旨在进一步提升其超材料特性和应用性能。

我们相信，通过此研究的深入探索，基于二氧化钒的可见光超材料饱和吸收体将在光学器件的设计和应用中发挥重要作用。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本篇文章主要分为三个部分：引言、正文和结论。

引言部分首先对基于二氧化钒的可见光超材料饱和吸收体的研究进行了概述，介绍了二氧化钒和可见光超材料的基本概念和研究背景。

接着，明确了本文的结构和目的。

正文部分将详细介绍二氧化钒的特性和可见光超材料的概念。

二氧化钒用途
二氧化钒是一种重要的无机化合物，在不同领域具有广泛的应用。

以下列举了一些常见的二氧化钒的用途：
1. 催化剂：二氧化钒可以作为氧化反应和气相反应的催化剂，在有机合成和化工过程中起到重要作用。

2. 玻璃染色剂：二氧化钒可以作为玻璃的染色剂，通过调控其含量可以得到不同颜色的玻璃制品。

3. 电池材料：二氧化钒是锂离子电池正极材料的组成部分，可以提高电池的容量和循环稳定性。

4. 陶瓷材料：二氧化钒可以用于制备陶瓷材料，增强其烧结性和力学性能。

5. 光学领域：二氧化钒可以用于制备光学玻璃和陶瓷材料，具有较高的折射率和透明度。

6. 磁性材料：二氧化钒可以用于制备磁性材料，如磁带和磁盘等，具有良好的磁性性能。

7. 核能领域：二氧化钒可以作为核能反应堆的材料之一，具有良好的耐辐照性能和热稳定性。

总之，二氧化钒在化工、材料、光学、电子等领域具有广泛的应用前景。

VO2材料最新研究进展摘要：VO2是一种具有特殊相变性能的功能材料。

随着温度的变化，该晶型会发生半导体态与金属态的可逆变化，同时，电阻和红外透射率等物理性质也发生突变，其相变点在68"C附近。

这些优异的特性使得VO2材料在新型热敏器件、光敏器件、光电开关和红外探测等领域都有着广阔的应用前景。

关键字：VO2 相变特性热敏电阻辐射探测Abstract：VO2 is a kind of functional phase changing material．With the change in temperature, its structure will appear the irreversible semiconductor-metal state transition, at the same time，the mutations of resistance，infrared transmission, and other physical natures will occur, the phase transition point is in the vicinity of 68℃．Moreover, it is discovered that VO2 phase transition can also be induced by changing applied electric field. The excellent transition feature brings series of valuable applications to VO2 in new thermal and photosensitive devices, photoelectric switches and infrared detector areas.Key words: VO2phase changing the mutations of resistance infrared detector1. 引言1958年，科学家F．J．MorinⅢ在贝尔实验室发现钒和钛的氧化物具有一种特殊的现象：随着温度的降低，在一定的温区内材料会发生从金属性质到非金属性质的突然转变，同时还伴随着晶体向对称程度较低的结构转化。

二氧化钒太赫兹吸收器
二氧化钒太赫兹吸收器是一种新型的太赫兹设备，由二氧化钒单晶构成，具有良好的吸收力，能够改变太赫兹波的特性，从而提高收发效率，节省能源。

它可以用于无线通信，射频信号处理，对抗监听设备，以及智能计算等多种用途。

二氧化钒太赫兹吸收器由二氧化钒结晶体和基座组成，其结晶体安装在基座上，能够有效吸收太赫兹波。

它的吸收特性可以有效地降低电磁及微波能量的发射强度，降低电磁污染，减少能量的损失，提高收发效率，节省电量。

它还可以降低太赫兹衰减，阻碍监听设备的捕获信号，有助于提高安全性和隐私保护。

二氧化钒太赫兹吸收器由二氧化钒结晶体和基座组成，其结晶体主要由三种不同的组分组成，分别为钒金属，重氮和氧。

它能够有效吸收太赫兹波，并且对其特性具有良好的改变能力，它的结构紧凑，且重量较轻，使得它在安装更加容易。

二氧化钒太赫兹吸收器的一般参数包括：吸收相应太赫兹频率，-20dB截止点，-3dB带宽，吸收器灵敏度，反向功率，热传导等。

根据不同的要求，可以定制不同参数的二氧化钒太赫兹吸收器，用于不同的应用场景。

二氧化钒太赫兹吸收器在科技发展中起着重要作用，它不仅能够改变太赫兹波的特性，提高收发效率，节省能源，还能够阻碍监听设备的捕获信号，提高安全性和隐私保护。

此外，二氧化钒太赫兹吸收器的结构紧凑，且重量较轻，使得它在安装更加容易，也更加适合当
今多变的环境。

因此，在当今时代，二氧化钒太赫兹吸收器无疑是一种技术新星，能够大大改善我们的生活，让技术与科技相结合，使生活变得更简单、更有效率。

二氧化钒空间结构1. 引言二氧化钒（Vanadium Dioxide，VO2）是一种重要的过渡金属氧化物，具有丰富的物理性质和广泛的应用前景。

在高温下，二氧化钒呈现金属相，而在室温下则呈现绝缘相。

这种相变行为引发了人们对其空间结构的兴趣和研究。

本文将重点介绍二氧化钒的空间结构及其相关性质。

2. 二氧化钒的晶体结构二氧化钒晶体结构属于正交晶系，空间群为Pbnm。

其晶胞参数为a=4.583 Å，b=4.573 Å，c=3.032 Å。

二氧化钒晶体结构由钒离子（V）和氧离子（O）组成。

钒离子和氧离子的排列方式决定了二氧化钒的相态和性质。

在高温金属相中，钒离子呈现六方最密堆积结构，每个钒离子被八个氧离子包围着。

而在室温绝缘相中，钒离子的排列方式发生了变化，形成了一种扭曲的四方最密堆积结构。

这种结构变化导致了二氧化钒的电导率和光学性质的巨大变化。

3. 二氧化钒的相变行为二氧化钒的相变行为是其空间结构变化的重要体现。

在高温金属相中，钒离子之间存在较强的电子跃迁和离子运动，导致了二氧化钒的金属性质。

而在室温绝缘相中，钒离子之间的电子跃迁被抑制，形成了能隙，使得二氧化钒呈现绝缘性质。

二氧化钒的相变温度约为68°C，称为金属-绝缘相变温度。

相变过程中，二氧化钒的晶体结构发生了改变，从高温金属相转变为室温绝缘相。

这种相变行为引发了人们对二氧化钒的研究兴趣，并为其在电子器件、光学器件等领域的应用提供了可能性。

4. 二氧化钒的应用由于二氧化钒在金属相和绝缘相之间的相变行为，以及其特殊的电子和光学性质，使其具有广泛的应用前景。

4.1 电子器件二氧化钒的相变行为可以用来制造可控温度开关和存储器件。

在金属相时，二氧化钒具有低电阻率，可以用作导电材料。

而在绝缘相时，二氧化钒具有高电阻率，可以用作绝缘材料。

通过控制温度，可以实现金属相和绝缘相之间的转变，实现电子器件的开关和存储功能。

4.2 光学器件二氧化钒的相变行为还可以用来制造光学器件，如光开关和光调制器。

二氧化钒忆阻器-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在引言部分的概述中，我们将介绍二氧化钒忆阻器的基本概念和它在电子领域的重要性。

忆阻器是一种特殊的电阻器，它具有自我记忆能力。

二氧化钒作为一种常见的忆阻器材料，在忆阻器的研究和应用中具有重要地位。

忆阻器能够根据输入信号的幅度和频率改变其电阻值，具有非线性的电阻特性。

这种特性使得忆阻器能够在模拟电路和存储器中发挥重要作用。

而二氧化钒作为一种经济、易得和稳定的材料，被广泛应用于制造忆阻器。

引言部分还将介绍忆阻器的原理和特点。

忆阻器的工作原理主要基于材料表面电荷重构、晶格结构变化和离子扩散等机制。

这些机制使得二氧化钒具有非线性的电阻-电流关系和可编程的电阻切换特性。

这些特点使得忆阻器在存储器、电路设计和人工智能等领域具有广泛的应用前景。

通过本文的概述部分，读者将了解到二氧化钒忆阻器的基本概念、原理和特点。

这为后续章节中对二氧化钒忆阻器性质和应用以及未来发展方向的探讨奠定了基础。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，以探讨二氧化钒忆阻器的性质、应用以及其潜在的优势和未来发展方向。

具体结构如下：第一部分是引言部分，将从概述、文章结构和目的三个方面介绍本文的主题和组织结构。

首先，我们将简要概述二氧化钒忆阻器的背景和意义，引发读者对该主题的兴趣。

其次，我们将说明本文的结构框架，帮助读者理解全文的逻辑关系和内在联系。

最后，我们将阐明本文的目的，即通过对二氧化钒忆阻器的研究和探讨，探索其在现实应用中的潜力。

第二部分是正文部分，将详细介绍二氧化钒的物理性质和主要应用，以及忆阻器的工作原理和特点。

在二氧化钒的性质和应用方面，我们将探讨其化学成分、晶体结构以及独特的电学性质，并总结其在能源存储、传感器和信息存储等领域的广泛应用。

在忆阻器的原理和特点方面，我们将解释其内部结构和工作机制，以及与传统电阻器之间的区别和优势。

通过这一部分的介绍，读者将对二氧化钒忆阻器有更全面的了解。

第50卷第4期2023年北京化工大学学报(自然科学版)Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science)Vol.50,No.42023引用格式:许中璞,赵永鹏.基于二氧化钒的可调双宽带太赫兹超材料吸收器[J].北京化工大学学报(自然科学版),2023,50(4):107-112.XU ZhongPu,ZHAO YongPeng.A tunable dual broadband terahertz metamaterial absorber based on vanadium dioxide[J].Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science),2023,50(4):107-112.基于二氧化钒的可调双宽带太赫兹超材料吸收器许中璞1　赵永鹏2*(1.武威职业学院信息技术学院,武威　733000;2.四川农业大学机电学院,雅安　625000)摘　要:基于VO 2的相变特性提出一种具有双宽带特性的太赫兹超材料吸收器,包括对角放置的VO 2图案层㊁电介质层以及金反射层共3层结构㊂对吸收器的结构建模㊁吸收效果及吸收特性等进行了仿真分析,仿真结果表明,所设计吸收器吸收率大于90%的两个带宽分别为0.73THz 和0.6THz㊂在通过热控制诱导VO 2从绝缘态到金属态的相变过程中,吸收率分别在31%~93.1%和30%~95.2%之间实现连续可调㊂另外,通过研究不同偏振角及入射角下所设计超材料吸收器的吸收性能发现,该吸收器具有偏振无关㊁偏振不敏感以及大入射角吸收特性㊂所设计吸收器有望在如太赫兹通信㊁成像和探测器等利用太赫兹波段领域得到广泛应用㊂关键词:VO 2相变特性;超材料;太赫兹吸收器;连续可调中图分类号:O436 DOI :10.13543/j.bhxbzr.2023.04.014收稿日期:2023-02-13基金项目:四川省自然科学基金(2023NSFSC0435)第一作者:男,1988年生,硕士*通信联系人E⁃mail:zhaoyp@引　言太赫兹波的工作频率在0.1~10THz,相应的波长在0.03~3mm [1]㊂大多数天然材料在太赫兹频率下表现出微弱的电磁响应,这种现象被称为 太赫兹间隙”㊂而超材料是一种人工设计的周期性结构材料,具有天然材料所不具备的超常物理属性,其奇异的光学特性由所设计的人工周期性结构决定[2]㊂基于超材料的电磁特性,有学者研究了其在操纵太赫兹辐射方面的实用性[3]㊂太赫兹吸收器是太赫兹领域最具吸引力的研究课题之一,由于其在探测㊁成像和调制方面的重要应用前景,受到了人们的广泛关注㊂随着超材料这一概念的引入,太赫兹超材料吸收器得到快速发展㊂在太赫兹波段,关于吸收器已有了大量研究,如超宽带吸收器[4-5]㊁宽带吸收器[6-8]以及窄带吸收器[9-11]等㊂然而,上述绝大多数的吸收器存在一个功能上的限制,即大多数吸收器的电磁波吸收率是不可以调节的,一旦设计完成,其功能就己经固定了㊂因此为了面对日益复杂的电磁应用环境,需要设计一种吸收率可调节的超材料吸收器㊂要实现吸收器的吸收率可调,主要手段是在超材料结构中引入活性材料(如相变材料㊁石墨烯等),使其主动控制超材料吸收器的光学特性㊂二氧化钒(VO 2)是控制器件的理想选择,当施加热㊁外部电场或光学刺激时,可诱导VO 2发生从绝缘态到金属态的可逆相变[12],相变过程中伴随着电导率发生改变,从而实现超材料吸收器的吸收率可调㊂近年来,针对宽带可调太赫兹超材料吸收器已有不少研究,如张婷等[13]基于VO 2设计了一种90%以上吸收带宽为1.06THz 以及吸收率在4%~99.5%之间可调的超材料吸收器;Wang 等[14]基于VO 2设计了一种90%以上的吸收带宽为0.65THz 且吸收率在30%~98%的可调吸收器;Song 等[15]基于VO 2设计了一种90%以上吸收带宽为0.33THz 且吸收率在30%~100%的可调吸收器;Huang 等[16]基于VO 2设计了一种80%以上吸收带宽分别为0.88THz 和0.77THz 且吸收率在20%~90%的可调双宽带吸收器;刘苏雅拉图[17]提出一种二氧化钒开口环阵列组成的宽带可调谐吸收器;晋豪[18]提出一种表面由石墨烯圆盘构成的 葫芦形”图案的超材料吸收器;樊怡等[19]提出基于VO 2相变特性的温度可调控双频太赫兹超材料吸收器;马燕燕[20]提出了一种双频可调谐㊁双频可切换㊁宽带可切换的超材料吸收器;王佳云[21]设计了一种极化可控的单频/五频段超材料吸收器;杨森等[22]设计出一种基于光激发动态可切换的超材料吸收器㊂基于以上分析,目前对于超材料吸收器的研究主要集中在拓宽工作带宽㊁实现宽带可调谐以及提高吸收率和吸收性能等方面㊂为了进一步拓宽工作带宽和提高可调谐范围,本文提出一种基于VO 2的双宽带太赫兹超材料吸收器,其由两个相同的VO 2图案在经典的金属-电介质-金属结构的顶部对角排列而成㊂通过在热控制下诱导VO 2发生从绝缘态到金属态的相变,可以连续调节两个频段的吸收率㊂该吸收器具有偏振无关㊁偏振不敏感以及大入射角吸收特性,在太赫兹波段具有广泛的应用前景,如太赫兹通信㊁成像和探测器等㊂图1　双宽带太赫兹超材料吸收器单元结构示意图Fig.1　Schematic view of the dual broadband terahertzmetamaterial absorber structure1　太赫兹超材料吸收器的结构设计本文提出的双宽带太赫兹超材料单元结构示意图如图1所示㊂该结构包括3层,从上到下依次为对角放置的VO 2图案层㊁电介质层和底部金反射层,其中金的电导率为4.56×107S /m[23],SiO 2的相对介电常数为3.9+0.03i [16]㊂最优结构参数取值如下:单元结构周期P =180μm,金反射层厚度h 1=0.2μm,SiO 2电介质层厚度h 2=36μm,VO 2图案层厚度t =0.1μm,VO 2图案到周期边界的间隙g =11μm,对角图案开口宽度w =23μm,对角图案开口长度l =110μm㊂本文使用CST MICROWAVE STU⁃DIO 软件,通过有限元方法进行全波电磁仿真,在仿真过程中采用频域求解器,使用四面体自适应网格剖分㊂在x 和y 方向采用unit cell 边界条件,在z 方向采用open(add space)边界条件㊂图2　VO 2介电常数随电导率的变化Fig.2　Variation of the permittivity of VO 2withconductivity该结构的光学介电常数可由Drude 模型[24]描述ε(ω)=ε∞-ω2p (σ)ω2+i γω(1)式中,ε∞=12为高频介电常数,γ=5.75×1013rad /s 为碰撞频率,σ处的等离子体频率ω2p (σ)=σσ0ω2p (σ0),ωp (σ0)=1.4×1015rad /s,σ0=3×105S /m㊂在热控制下,VO 2可以发生由绝缘态到金属态的可逆相变,其电导率σ可由2×102S /m 变化到2×105S /m㊂根据式(1),利用Matlab 软件计算了VO 2介电常数随电导率的变化情况,结果如图2所示㊂可以看出,不同电导率下介电常数实部的变化远小于虚部,当电导率取值为2×102S /m 时,表现为绝缘体特性,当电导率取值为2×105S /m 时,表现为金属特性㊂在仿真过程中,采用Drude 模型对VO 2的电导率进行取值,与Matlab 计算过程一致㊂当通过热刺激使VO 2温度略高于室温时,可以实现从绝缘体到金属的转变,在相变温度点其电导率提高了㊃801㊃北京化工大学学报(自然科学版) 2023年10000倍,晶体结构由单斜相转变为四方相㊂2　太赫兹超材料吸收器的性能分析在本文中,吸收率定义如下[25]:A(ω)=1-R(ω)-T(ω)=1-|S11(ω)|2-|S21(ω)|2,其中A(ω)㊁R(ω)和T(ω)分别表示吸收率㊁反射率和透射率,S11(ω)和S21(ω)分别为反射系数和透射系数㊂由于底部金反射层的厚度远远大于入射电磁波的趋肤深度,使得入射电磁波无法透过该金属薄膜继续传播,因此T(ω)=0㊂吸收器的吸收率可进一步简化为A(ω)=1-R(ω)=1-|S11(ω)|2㊂横电模(TE)和横磁模(TM)两种偏振方式下吸收器的吸收率㊁反射率以及透射率变化情况的仿真结果如图3(a)所示㊂在0.67THz~1.4THz和2.9THz~3.5THz频率范围内,吸收率大于90%的带宽分别为0.73THz和0.6THz,在0.86THz㊁2.93THz以及3.39THz这3个频率点处吸收率接近于1,表示这些点的吸收接近完美吸收㊂另外,从图中可以看出,两种偏振方式下的吸收率㊁反射率以及透射率变化保持高度一致,表明所设计的超材料吸收器具有偏振无关特性㊂两种偏振方式下的透射率为零,表明理论分析与仿真结果一致㊂在TE偏振下吸收谱随偏振角的变化情况如图3(b)所示,可以看出,改变偏振角对吸收器的吸收性能没有任何影响,表明所设计的吸收器具有偏振不敏感特性㊂另外,由于所设计的VO2图案的对称性,TM偏振下的吸收光谱与TE偏振下的吸收光谱是重合的,这里不再赘述㊂通过热控制诱导VO2从绝缘态到金属态的相变过程中,可以连续调节两个频带的吸收率和带宽,如图4所示㊂从图中可以看出,在VO2电导率由2×102S/m变化到2×105S/m过程中,第一个频带(0.67THz~1.4THz)的吸收率可由31%增大到93.1%,第二个频带(2.9THz~3.5THz)的吸收率可由30%增大到95.2%㊂因此,通过控制VO2电导率可以实现吸收器两个带宽的连续可调㊂为了更好地理解吸收器的吸收性能,引入阻抗匹配理论,在正入射下太赫兹波的相对阻抗可描述为[25]Z r=(1+S11(ω))2-S221(ω)(1-S11(ω))2-S221(ω)(2)式中,Z r=Z/Z0,Z和Z0分别为吸收器的有效阻抗图3　双宽带吸收器的反射谱㊁透射谱和吸收谱以及不同偏振角下的吸收光谱图Fig.3　Reflection,transmission and absorption spectra of the dual broadband absorber and the absorption spectrawith different polarization angles图4　吸收器吸收率随电导率变化情况Fig.4　Variation of the absorption with conductivity 和自由空间阻抗㊂当Z r=Z/Z0=1时,吸收器有效阻抗与自由空间阻抗匹配,吸收率最大㊂当相对阻抗的实部为1,虚部为0时,可以实现阻抗匹配㊂图5为不同电导率下相对阻抗实部和虚部的变化㊂可以看出,当VO2电导率为2×105S/m(金属态)㊃901㊃第4期 许中璞等:基于二氧化钒的可调双宽带太赫兹超材料吸收器时,在0.67THz ~1.4THz 和2.9THz ~3.5THz 两个频率范围内,相对阻抗的实部接近于1,虚部接近于0,实现了完美吸收,与理论分析结果一致㊂图5　不同电导率下相对阻抗实部和虚部的变化Fig.5　Variation of real and imaginary parts of the relativeimpedance for different VO 2conductivities进一步研究了TE 和TM 两种偏振方式下不同入射角对吸收器吸收性能的影响,结果如图6所示㊂TE 偏振入射下(图6(a)),对于第一个频带(0.67THz ~1.4THz),当入射角小于60°时,吸收器能够保持良好的吸收性能,对于第二个频带(2.9THz ~3.5THz),当入射角小于20°时,吸收器能够保持良好的吸收性能;入射角继续增大,第一个宽带的吸收率急剧下降,第二个宽带的中心频率出现蓝移现象,且带宽逐渐变窄㊂在TM 偏振下(图6(b)),对于第一个频带(0.67THz ~1.4THz),当入射角小于60°时,吸收器能够保持良好的吸收性能;对于第二个频带(2.9THz ~3.5THz),当入射角小于20°时,吸收器也能够保持良好的吸收性能,入射角进一步增大,两个频带内的吸收率都显著降低㊂本文所设计吸收器与文献中的吸收器性能对比如表1所示㊂可以看出,与双频吸收器相比,本文所设计的双宽带吸收器在工作带宽和吸收率可调范围两个方面的性能都有所提高;与单频吸收器相比,本文部分工作带宽有所拓宽㊂图6　吸收率随入射角的变化Fig.6　Variation of absorption with incident angle 表1　本文设计吸收器与文献中吸收器的性能对比Table 1　Comparison of the performance of the absorberdesigned in this paper with absorbers reported in the literature吸收器来源材料工作带宽/THz吸收率可调范围文献[13]VO 21.06(吸收率>90%)4%~99.5%文献[14]VO 20.65(吸收率>90%)30%~98%文献[15]VO 20.33(吸收率>90%)30%~100%文献[16]VO 20.88和0.77(吸收率>80%)20%~90%本文设计VO 20.73和0.6(吸收率>90%)30%~95.2%3　结论本文提出了一种由对角放置的VO 2图案层㊁介质层以及金反射层组成的双宽带太赫兹超材料吸收器结构,并根据超材料吸收器的吸收机理对吸收器的吸收性能作出分析㊂仿真结果表明,该吸收器吸收率达90%以上的吸收带宽分别为0.73THz 和㊃011㊃北京化工大学学报(自然科学版) 2023年0.6THz㊂当VO2的电导率由2×102S/m变化到2×105S/m时,两个频带的吸收率分别可在31%~ 93.1%和30%~95.2%之间连续调节㊂根据阻抗匹配理论分析可知,该吸收器具有偏振无关㊁偏振不敏感以及大入射角吸收特性,因此其在太赫兹通信㊁成像和探测器等方面具有广泛的应用前景㊂参考文献:[1]　QIAN J J,ZHOU J,ZHU Z,et al.Polarization⁃insensi⁃tive broadband THz absorber based on circular graphenepatches[J].Nanomaterials,2021,11(10):2709. 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Key words:VO2phase transition property;metamaterial;terahertz absorber;continuously tunable(责任编辑:吴万玲)㊃211㊃北京化工大学学报(自然科学版) 2023年。

摘要凝聚态物理和材料科学中，二氧化钒（VO2）是最典型的具有金属-绝缘体相变（metal-insulator transition，MIT）特性的过渡金属氧化物。

由于VO2特殊的d 电子轨道结构而产生的电子强关联效应，使其显示出十分丰富的物理和化学性质。

研究发现具有MIT相变特性的二氧化钒包含两种不同的同质异形结构，分别是VO2(A)和VO2(M)。

并且，低维纳米VO2(A)和VO2(M)的相变仍然非常显著，基于低维纳米二氧化钒优异的相变性能，可以被广泛的应用于传感器、光电开关、电阻开关、Mott场效应管和微纳动力驱动等领域。

当下低维纳米VO2(A)和VO2(M)的研究尚处于初始阶段，尤其是一维纳米二氧化钒的研究，其导电特性、M-R畴结构形成、演变和稳定机制以及相变调控机理仍不清晰。

基于此，本论文利用水热合成和化学气相沉积（CVD）技术分别制备了表面形貌光滑、单晶结构的VO2(A)和VO2(M)纳米线，通过自主搭建的热-电微探针测试平台系统研究了二氧化钒相变过程的导电特性，揭示了M-R畴结构演变规律，探索了基底失配应变对相变的调控机制，为相关微纳器件研发奠定理论和实验基础。

主要研究内容和结果如下：研究了VO2(A)和VO2(M)纳米线的制备工艺，讨论了合成条件对纳米线形貌、结构及生长效率的影响。

研究分析表明，在水热合成VO2(A)纳米线中表面活性剂PEG-6000可以有效地促进前驱体五氧化二钒向B相二氧化钒的转变，避免了中间相V3O7∙H2O和V6O13的产生，使得合成VO2(A)纳米线的速度加快，反应温度降低；在化学气相沉积技术制备VO2(M)纳米线中，使用熔点较低的V2O5粉末作反应源，将纳米线的合成温度降低到1133K，合成时间缩短至2h以内。

另外，实验发现使用未抛光的石英基底可以得到大量自由状态（free-standing）的VO2(M)纳米线。

研究了不同尺寸VO2(A)纳米线相变过程中的导电特性，通过第一性原理计算得到VO2(A)的能带结构和带隙宽度，揭示了尺寸效应对VO2(A)相变的影响规律。

南京理工大学关于氧化钒特性研究学院:电子工程与光电技术学院作者: 岳超李贺王贵圆黄伟题目: 关于氧化钒特性研究**：***评分：2013 年 11 月中文摘要外文摘要关于氧化钒特性研究第I 页共I 页目次1 绪论 (1)1.1摘要 (1)1.2国内外研究现状 (1)2氧化钒晶体结构与特性 (2)2.1V2O5晶体结构与特性 (2)2.2VO2晶体结构与特性 (3)2.3V2O3晶体结构与特性 (4)2.4钒的各种氧化物的结构与特性比较 (4)3 相变原理 (5)3.1相变原理背景介绍 (5)3.2 VO2的相变特性及理论 (5)4氧化钒材料在红外探测中的应用 (7)4.1红外探测器综述 (7)4.1.1光子红外探测器 (8)4.1.2热敏红外探测器 (9)4.2氧化钒热敏薄膜研究 (11)4.2.1测辐射热计热敏材料 (11)4.2.2氧化钒热敏薄膜研究 (12)总结 (15)1 绪论1.1摘要V-O系是一个有多种化学计量配比化合物的系统,由于V的价态结构非常复杂，可以和氧结合形成以状态存在的多种氧化物以及它们的混合相。

氧化钒种类很多，主要有V2O5,VO2,V2O3,VO等, 且常常共存，不同组分的氧化钒薄膜其电学性质有明显的不同。

例如：单晶和多晶态的五氧化二钒具有较高的TCR（电阻温度系数）, 但其电阻率大,与微测辐射热计的外围电路不易匹配；而V2O3和VO 薄膜在室温下导体, 电阻率和TCR 都非常小. 相比之下，VO2薄膜在室温附近具有TCR 高, 电阻率小等特性,是制备测辐射热计的最佳热敏材料。

1.2国内外研究现状20世纪90年代起，兰州物理研究所报道过VO2材料的制备方法研究，并利用它们作为热致变色薄膜材料。

电子科技大学和重庆光电研究所合作报道了它们制备VO2膜的研究，主要用途为制作室温工作的红外传感器。

华中科技大学光电国家实验室九五期间在国家科技部和863计划支持下国内研制了一系列钒的氧化物膜系，其中利用VO2薄膜材料研制了室温工作的红外传感器，达到下列技术指标：阵列规模：128 元线列；单元尺寸：50 ×50英寸；工作温度：室温；电阻温度系数(TCR):2%；噪声等效温差(NETD)：200 /mk。

二氧化钒相变研究现状
二氧化钒（VO2）是一种具有独特金属-绝缘体相变特性的材料，其相变温度约为68摄氏度。

近年来，对于二氧化钒的相变研究取得了显著的进展。

在相变机制方面，研究人员发现二氧化钒的金属-绝缘体相变与其晶格结构和能带结构的变化密切相关。

在相变过程中，二氧化钒的晶格常数、电阻率、光学吸收率、介电常数等物理性质均发生显著变化。

此外，二氧化钒的电子结构相变与晶格结构相变通常耦合在一起并同时发生，这使得其相变机制相对复杂。

为了深入研究二氧化钒的相变机制，研究者采用了多种实验手段，如含时密度泛函理论（rt-TDDFT）方法等。

这些方法有助于从微观层面揭示二氧化钒相变过程中的原子运动和电子结构变化。

例如，有研究表明，在激光诱导的二氧化钒相变过程中，激光强度可以控制钒（V）原子的相干或无序运动，从而影响相变过程。

在应用方面，二氧化钒因其独特的相变特性在智能相变材料、二维纳米材料、红外隐身器件等领域具有广泛的应用前景。

例如，利用电场驱动的氧离子输运可以在五氧化二钒（V2O5）薄膜中构建垂直分布的准一维VO2纳米通道，从而有效地将VO2金属-绝缘体转变行为限制在纳米通道内。

这种方法可以降低相变过程中多重畴结构共存和逐级随机演化的几率，为发展超小型信息器件提供了实验依据。

总之，二氧化钒的相变研究在机制和应用方面均取得了显著的进展。

然而，仍有许多问题需要进一步深入研究，例如二氧化钒相变过程中的微观动力学机制、相变过程中的能量转换和损失机制等。

这些问题的解决将有助于更好地理解二氧化钒的相变特性，并推动其在相关领域的应用发展。

二氧化钒空间结构
摘要：
1.二氧化钒的基本概念
2.二氧化钒的空间结构
3.二氧化钒的应用领域
正文：
二氧化钒（V2O5）是一种由钒（V）和氧（O）元素组成的化合物，它具有多种空间结构，包括A、B 和M 相。

这些不同相的二氧化钒具有不同的物理和化学性质，因此具有广泛的应用领域。

首先，让我们了解一下二氧化钒的基本概念。

二氧化钒是一种过渡金属氧化物，它具有较高的熔点和较好的热稳定性。

在化学反应中，二氧化钒可以作为氧化剂和还原剂，因此具有一定的化学反应活性。

接下来，我们来讨论二氧化钒的空间结构。

二氧化钒的空间结构取决于其所处的相态。

在A 相中，二氧化钒的空间结构为单斜晶系，其结构较为复杂。

在B 相中，二氧化钒的空间结构为四方晶系，其结构较为简单。

在M 相中，二氧化钒的空间结构为金红石型，其结构类似于石英晶体。

最后，我们来探讨一下二氧化钒的应用领域。

由于二氧化钒具有不同的空间结构，因此具有不同的物理和化学性质，这使得二氧化钒在许多领域都有广泛的应用。

例如，在智能材料领域，二氧化钒的宏观物理性能随温度变化发生突变，使其在智能材料领域具有巨大的潜力。

此外，二氧化钒还应用于太赫兹技术、滤波器、调制器、偏振转换器、吸收器等领域。

总之，二氧化钒作为一种具有多种空间结构的化合物，具有广泛的应用领
域。

二氧化钒介电常数和电导率
二氧化钒是一种重要的功能材料，具有良好的介电和电气特性，
广泛应用于各种电池、电容器、传感器、太阳能电池等电子元器件中。

其中，介电常数和电导率是衡量材料电性质的两个关键参数。

介电常数是材料对电场的响应能力，衡量材料在电场中的电极化
程度。

钒元素在二氧化钒晶格中表现为孤对电子，可以通过接受或释
放电子来增强或减弱晶体中的电场。

因此，二氧化钒的介电常数随着
钒含量的增加而变化。

实验表明，二氧化钒的介电常数范围约为10至25，在低频时有明显的抗干扰能力，因此可用于制作高品质的电容器。

电导率是材料对电流的响应能力，也称为导电能力。

二氧化钒的
电导率随着外界电场的变化而变化，反映了材料的电子导电性能。

随
着钒含量的增加，二氧化钒的电导率迅速提高。

此外，材料的晶格结构、杂质掺杂、温度等因素也会对电导率产生影响。

实验表明，钒含
量为15%的二氧化钒样品的电导率达到90 S/cm。

这表明在制备二氧化
钒电子元器件时，必须注意材料的导电性能，以确保元器件的稳定性
和可靠性。

总的来说，二氧化钒作为一种重要的功能材料，在电子元器件和
太阳能电池等领域的应用日益广泛。

介电常数和电导率作为材料的两
个基本属性，对材料的电性能起重要的决定作用。

因此，对二氧化钒
的介电常数和电导率的研究具有重要的实际意义，可以为今后的材料
制备和电子元器件的制造提供重要的参考依据。

二氧化钒介电强度计算公式介电强度是指在电场作用下介质能承受的最大电场强度，是介质抵抗电场的能力的一个重要指标。

在电子学和材料科学领域，介电强度的计算是非常重要的，它可以帮助我们了解材料在电场作用下的性能表现，为材料的设计和应用提供重要参考。

而二氧化钒是一种常用的介电材料，具有很高的介电常数和介电强度，因此在电子元件和电力设备中得到广泛应用。

在实际工程中，我们需要对二氧化钒的介电强度进行计算，以保证其在电场作用下不会发生击穿和损坏。

下面我们将介绍二氧化钒介电强度的计算公式及其应用。

二氧化钒介电强度的计算公式如下：\[E = \frac{V}{d}\]其中，E为介电强度，单位为V/m；V为电场加速电压，单位为V；d为二氧化钒的厚度，单位为m。

这个公式的推导基于电场的基本概念，即电场强度与电压和距离的关系。

当我们施加电压V在二氧化钒材料上时，会在材料内部产生一个电场，其强度与电压V成正比，与材料的厚度d成反比。

因此，通过上述公式我们可以很方便地计算出二氧化钒的介电强度。

在实际工程中，我们可以利用上述公式对二氧化钒的介电强度进行计算，并根据计算结果来选择合适的材料厚度，以满足工程设计的要求。

比如，在设计高压电力设备时，我们需要保证二氧化钒材料在给定的电场下不会发生击穿，因此可以通过计算介电强度来确定材料的最小厚度。

除了计算介电强度外，我们还可以通过实验来验证计算结果。

通过在实验室中施加不同电压下的电场，测量材料的击穿电压，从而验证计算得到的介电强度是否符合实际情况。

这样可以帮助我们进一步完善介电强度的计算模型，提高计算的准确性。

另外，二氧化钒的介电强度还与温度、湿度等环境因素有关，因此在实际应用中需要考虑这些因素对介电强度的影响。

通过对这些因素的研究，可以进一步完善介电强度的计算模型，为工程设计提供更加可靠的参考。

总之，二氧化钒介电强度的计算公式为E=V/d，通过这个公式我们可以很方便地计算出二氧化钒材料的介电强度。

五氧化二钒（V2O5）是一种重要的钒化合物，具有广泛的应用，例如作为催化剂、氧化剂和电化学材料等。

它的导带和价带之间的能量间隔（即导带带宽度）是其电学性质的重要参数，可以通过实验或计算得到。

实验测量五氧化二钒的导带带宽度通常使用光电子能谱（XPS）或角分辨光电子能谱（ARPES）等技术。

例如，使用ARPES测量五氧化二钒的能带结构和导带带宽度的实验结果表明，该材料的导带带隙约为2.4 eV，导带带宽度约为1.5 eV。

除了实验测量外，还可以使用计算方法来预测五氧化二钒的导带带宽度。

常用的计算方法包括密度泛函理论（DFT）和紧束缚模型等。

例如，使用DFT计算五氧化二钒的能带结构和导带带宽度的结果表明，该材料的导带带宽度约为1.6 eV。

需要注意的是，不同的实验方法和计算方法可能会得到略微不同的结果，因此导带带宽度的确切数值可能存在一定的误差。

南京理工大学关于氧化钒特性研究学院:电子工程与光电技术学院作者: 岳超李贺王贵圆黄伟题目: 关于氧化钒特性研究**：***评分：2013 年 11 月中文摘要外文摘要关于氧化钒特性研究第I 页共I 页目次1 绪论 (1)1.1摘要 (1)1.2国内外研究现状 (1)2氧化钒晶体结构与特性 (2)2.1V2O5晶体结构与特性 (2)2.2VO2晶体结构与特性 (3)2.3V2O3晶体结构与特性 (4)2.4钒的各种氧化物的结构与特性比较 (4)3 相变原理 (5)3.1相变原理背景介绍 (5)3.2 VO2的相变特性及理论 (5)4氧化钒材料在红外探测中的应用 (7)4.1红外探测器综述 (7)4.1.1光子红外探测器 (8)4.1.2热敏红外探测器 (9)4.2氧化钒热敏薄膜研究 (11)4.2.1测辐射热计热敏材料 (11)4.2.2氧化钒热敏薄膜研究 (12)总结 (15)1 绪论1.1摘要V-O系是一个有多种化学计量配比化合物的系统,由于V的价态结构非常复杂，可以和氧结合形成以状态存在的多种氧化物以及它们的混合相。

氧化钒种类很多，主要有V2O5,VO2,V2O3,VO等, 且常常共存，不同组分的氧化钒薄膜其电学性质有明显的不同。

例如：单晶和多晶态的五氧化二钒具有较高的TCR（电阻温度系数）, 但其电阻率大,与微测辐射热计的外围电路不易匹配；而V2O3和VO 薄膜在室温下导体, 电阻率和TCR 都非常小. 相比之下，VO2薄膜在室温附近具有TCR 高, 电阻率小等特性,是制备测辐射热计的最佳热敏材料。

1.2国内外研究现状20世纪90年代起，兰州物理研究所报道过VO2材料的制备方法研究，并利用它们作为热致变色薄膜材料。

电子科技大学和重庆光电研究所合作报道了它们制备VO2膜的研究，主要用途为制作室温工作的红外传感器。

华中科技大学光电国家实验室九五期间在国家科技部和863计划支持下国内研制了一系列钒的氧化物膜系，其中利用VO2薄膜材料研制了室温工作的红外传感器，达到下列技术指标：阵列规模：128 元线列；单元尺寸：50 ×50英寸；工作温度：室温；电阻温度系数(TCR):2%；噪声等效温差(NETD)：200 /mk。

一种基于二氧化钒材料的可调谐吸波器设计道日娜;孔心茹;章海锋;苏欣然【摘要】为了在THz波段获得TE波下的可调谐吸收频谱,采用全波仿真的方法,设计了一款基于二氧化钒材料的可调谐THz吸波器,对该吸波器的吸收频谱、电场图、表面电流图以及能量损耗图进行分析,并讨论了结构参量h 4,k以及入射角度θ对吸收频域和吸收带宽的影响.结果表明,通过外部温控的方式改变二氧化钒谐振单元的物理特性可以获得可调谐的吸收频谱并改善吸波器的吸收性能,该吸波器在温度T≥68℃时,可以实现在2.70THz～3.36THz频段的宽带吸收(吸收率在90％以上),相对带宽达到21.8％;在T<68℃时,可以实现多个单频点的吸收;改变结构参量h 4,k可以改变吸收频点的位置以及吸收带宽,改变入射角度θ可以影响吸波器的吸收效果.该研究对可调谐太赫兹器件的进一步探究是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2019(043)004【总页数】6页(P557-562)【关键词】物理光学;相变材料;THz吸波器;可调谐特性【作者】道日娜;孔心茹;章海锋;苏欣然【作者单位】南京邮电大学电子与光学工程、微电子学院,南京 210023;南京邮电大学电子与光学工程、微电子学院,南京 210023;南京邮电大学电子与光学工程、微电子学院,南京 210023;南京邮电大学电子科学与技术国家级实验教学示范中心,南京210023;南京邮电大学信息电子技术国家级虚拟仿真实验教学中心,南京210023;东南大学毫米波国家重点实验室,南京 210096;南京邮电大学电子与光学工程、微电子学院,南京 210023【正文语种】中文【中图分类】O436;O53引言超材料是指具有一些超常物理特性的人工媒质，其单元尺寸远小于工作波长，通过合理的结构和参量设计，可以获得常规材料不具有的电磁特性[1-2]，因而得到了广泛关注。

随着对超材料研究的不断推进，超材料在微波器件[3]、隐身技术[4]、电磁吸波[5]等领域的应用价值也被逐渐发现。