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二氧化钒薄膜的制备及其应用基础研究VO<sub>2</sub>作为一种具有独特相变性能的过渡金属氧化物,一直以来受到科研工作者的广泛关注。
电阻率、红外透过率等在相变前后发生的巨大变化使得该材料被应用于多种用途,如光/电开关、智能玻璃和激光防护涂层等。
本文利用水热法成功地制备VO<sub>2</sub>薄膜材料,系统地研究了薄膜制备工艺、微观结构和电、光性能及其相互间的关系,揭示了薄膜生长机理和相关影响因素,为利用液相法制备高质量过渡金属氧化物薄膜提供了新的思路。
论文主要内容和相关重要结论如下:（一）类单晶纳米网状二氧化钒薄膜的制备及其性能研究不依赖光刻技术的二维纳米结构自组装制备技术是当前纳米技术的研究热点之一,获得具有规则结构的二维纳米材料仍然面临很大的挑战。
本论文利用一种简易的水热法制备得到了晶圆尺寸范围内分布均匀的、具有桁架结构、共格连接的自组装VO<sub>2</sub>纳米网状薄膜。
这种纳米网状结构薄膜由VO<sub>2</sub>纳米棒组成,纳米棒间互呈120°（或60°）,选区电子衍射（SEAD）分析显示纳米棒间呈孪晶取向关系。
XRD和SAED结果表明,VO<sub>2</sub>纳米网状薄膜是由蓝宝石衬底外延诱导生长得到,（001）取向蓝宝石衬底为VO<sub>2</sub>纳米棒生长提供了三重对称的等价生长方向。
这种独特结构的纳米网状薄膜具有可媲美单晶VO<sub>2</sub>材料的相变电阻调制性能和优异的抗相变疲劳性能。
薄膜在相变前后电阻变化率可达到5个数量级,电阻热滞回线宽度仅为1.7℃,500次MIT相变热循环后,其相变电阻调制性能没有明显的衰减。
上述研究工作证明,利用水热法,采用衬底诱导技术可以实现二维规则结构纳米薄膜的可控制备,为二维有序纳米结构自组装制备提供了新的技术途径,所制备的纳米网状薄膜在功能开关器件中具有潜在的应用价值。
二氧化钒相变薄膜
二氧化钒是一种具有多种相变的材料，其中最常见的相为金红石相（rutile phase）和单斜相（monoclinic phase）。
二氧化钒的相变对其物理性质具有重要影响，因此制备二氧化钒相变薄膜是研究的热点之一。
制备二氧化钒相变薄膜的方法主要有物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD）和化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）两种。
物理气相沉积是将纯净的二氧化钒源材料加热到高温，在真空或惰性气氛下，使源材料蒸发形成薄膜。
通过控制沉积温度和沉积速度，可以得到不同相的二氧化钒薄膜。
化学气相沉积则是利用化学反应在基底表面上合成薄膜。
常用的方法包括热分解法和气相沉积法。
热分解法是通过在高温下将二氧化钒前体分解，使其在基底表面上生成相应的薄膜。
气相沉积法则是将气体前体引入反应室，通过化学反应在基底表面上合成薄膜。
制备二氧化钒相变薄膜的关键是控制沉积过程中的温度、气氛和沉积速率等条件。
此外，选择适合的基底材料也是非常重要的，常用的基底材料包括石英、硅、镧铝韧性陶瓷等。
二氧化钒相变薄膜具有许多潜在应用，例如可用于电子器件、光学涂层、传感器和储能器件等领域。
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言二氧化钒（VO2）作为一种具有优异相变性能的材料，其应用范围日益广泛。
随着科技的发展，人们对材料性能的要求也越来越高，特别是在电子学、光学和热学等领域。
电子注入法作为一种新兴的薄膜制备和性能调控技术，在二氧化钒薄膜的相变性能调控方面展现出了巨大的潜力和优势。
本文将深入探讨电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及影响。
二、电子注入法概述电子注入法是一种将电子注入到材料内部，以改变其电子结构和性能的方法。
该方法具有操作简便、效率高、对材料损伤小等优点，被广泛应用于薄膜制备和性能调控领域。
在二氧化钒薄膜的制备和性能调控中，电子注入法可以通过调整注入电子的能量、剂量和速度等参数，实现对薄膜相变性能的有效调控。
三、电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的影响1. 改变相变温度：通过电子注入法，可以有效地调整二氧化钒薄膜的相变温度。
当注入的电子能量和剂量达到一定值时，薄膜的相变温度会发生变化，从而使其在特定温度范围内的应用成为可能。
2. 优化相变过程：电子注入法可以改善二氧化钒薄膜的相变过程，使其更加平滑、快速。
这有助于提高薄膜在实际应用中的稳定性和可靠性。
3. 增强光学性能：电子注入法可以改变二氧化钒薄膜的光学性质，如反射率、透光率等。
这使得薄膜在光学器件、光电器件等领域具有更广泛的应用前景。
4. 调整热学性能：电子注入法还可以对二氧化钒薄膜的热学性能进行调控，如热导率、热膨胀系数等。
这些性能的调整有助于提高薄膜在高温环境下的稳定性。
四、实验结果与讨论本文通过实验验证了电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控效果。
实验结果表明，通过调整注入电子的能量、剂量和速度等参数，可以有效地改变二氧化钒薄膜的相变温度、相变过程、光学性能和热学性能。
此外，我们还发现，在适当的参数条件下，电子注入法可以显著提高二氧化钒薄膜的性能稳定性。
五、结论与展望本文通过深入研究电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及影响，得出以下结论：1. 电子注入法是一种有效的二氧化钒薄膜相变性能调控方法，具有操作简便、效率高、对材料损伤小等优点。
VO2薄膜制备技术及其应用进展VO2作为固态热致相变材料，当温度在68℃时，因热驱动而发生相转变，VO2晶体结构会随之发生变化（单斜结构转变为四方金红石结构），同时其光学和电学性能也会发生突变。
VO2薄膜优异的电学和光学特性，使得其具有较高的实用价值和广阔的应用前景，在多个领域中发挥着重要作用。
当前用于制备VO2薄膜的方法主要有溅射法、溶胶-凝胶法、蒸发法、常压化学气相沉积法等。
1 二氧化钒薄膜的制备方法1.1 溅射法该法是在通氧条件下溅射金属钒靶，淀积与反应同时进行，溅射所用设备可以是离子束溅射或磁控溅射，用Ar+离子束溅射钒靶，在加热衬底上形成VO2多晶薄膜，然而在较低衬底温度下晶粒尺寸会较小，两相电阻比Rs/Rm小。
采用反应磁控溅射，在Ar气中混合O2，可在蓝宝石衬底上外延出VO2，外延VO2薄膜具有相变陡峭、热滞效应小等特性。
此外，还有溅射V2O5粉末靶制备VO2的报道。
用纯Ar+离子直接溅射V2O5粉末靶，即可在衬底上淀积出二氧化钒。
周进等人采用Ar+离子柬溅射V2O5粉末靶在室温下淀积出的氧化钒薄膜为高价态V2O5。
1.2 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）将VO（OC3H7）3溶于某些有机溶剂配成母液，用涂胶机或漂洗仪将母液涂布于衬底上，温度在370～670℃范围内进行烘干沉底生成V2O5。
将V（OR）4溶液均匀涂布于玻璃衬底上，凝胶后形成VO2·X（H2O），在N2气中经200～700℃烘干衬底，即获得VO2。
该法制备成本低，可大面积制备，客易掺杂，可双面一次形成，但厚度较难控制，工艺控制要求较高，容易使薄膜开裂或起泡。
1.3 蒸发法通常用V2O5粉末蒸发淀积VO2薄膜。
单纯蒸发获得的氧化钒薄膜一般为缺氧的V2O5，在200～500℃氧气中退火，薄膜即转变为符合化学计量比的VO2，薄膜的机械强度得到了提高，与衬底附着力也得到优化。
若在通氧下进行蒸发，可淀积得到V2O5，但要在较低的衬底温度下淀积，使得薄膜机械强度和附着力变差。
二氧化钒基纳米复合膜的制备及性能研究的开题报
告
一、选题背景
纳米复合材料在能源、环保、医疗等领域中具有广泛的应用前景。
钒化物作为一种具有优越的电催化和光催化性能的材料，近年来备受关注。
在某些应用领域中，二氧化钒作为一种重要的材料，具有优异的电化学性能和光催化性能。
然而，单纯的二氧化钒膜在实际应用时仍存在一些问题，例如缺乏稳定性和机械性能差等问题。
因此，制备具有较好性能的二氧化钒基纳米复合膜已成为当前研究的热点。
二、研究内容
本研究将探究一种二氧化钒基纳米复合膜的制备方法，通过改变材料的组成、结构和功能，以此优化膜的性能和稳定性。
具体来说，将采用溶胶-凝胶法和电化学成核法结合的方法，制备含有碳纳米管和氧化锡纳米颗粒的二氧化钒基纳米复合膜，并探究不同组成下膜的结构和性能对比。
三、研究方法
1. 溶胶-凝胶法
采用溶剂辅助化学气相沉积法、旋涂法、电化学氧化法、水热法等制备方法，制备含有碳纳米管和氧化锡纳米颗粒的材料。
2. 电化学成核法
通过控制溶液的pH值、温度和电化学条件等，使二氧化钒的纳米片结构在碳纳米管表面上生成，并通过气相沉积法和化学还原法制备氧化锡纳米颗粒。
3. 物理测试
使用场发射扫描电镜和透射电子显微镜对样品进行形貌和结构表征；采用原子力显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等测试方法，分析样品的物理性质。
四、预期成果
本研究预计制备出具有优良性能的二氧化钒基纳米复合膜，并对样
品的结构和性能进行分析和表征，为二氧化钒基纳米复合材料的研究提
供理论结论和实验基础。
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言随着科技的发展，材料科学在众多领域中发挥着越来越重要的作用。
其中，二氧化钒（VO2）薄膜因其独特的相变性能，在微电子、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
然而，其相变性能的调控一直是研究的热点和难点。
近年来，电子注入法作为一种新兴的调控手段，在VO2薄膜的相变性能调控中展现出巨大的潜力。
本文将就电子注入法对VO2薄膜相变性能的调控进行深入研究。
二、电子注入法的基本原理电子注入法是一种通过向材料中注入电子，改变其电子结构和物理性能的方法。
在VO2薄膜中，通过控制电子的注入量和注入速度，可以有效地调控其相变性能。
VO2具有金属-绝缘体相变特性，其相变过程与电子的得失密切相关。
因此，通过电子注入法可以实现对VO2薄膜相变性能的有效调控。
三、电子注入法对VO2薄膜相变性能的影响（一）实验方法与过程本实验采用电子注入法对VO2薄膜进行相变性能的调控。
首先，制备出高质量的VO2薄膜；然后，通过控制电子束的能量、剂量和扫描速度等参数，向薄膜中注入电子；最后，观察并记录薄膜的相变性能变化。
（二）实验结果与分析1. 电子注入量对相变性能的影响：实验发现，随着电子注入量的增加，VO2薄膜的相变温度逐渐降低，相变过程更加平滑。
这表明电子注入法可以有效地降低VO2薄膜的相变温度，提高其相变性能。
2. 电子注入速度对相变性能的影响：在一定的电子注入量下，改变电子注入速度也会对VO2薄膜的相变性能产生影响。
较快的电子注入速度可以使VO2薄膜在更短的时间内完成相变，提高其响应速度。
3. 电子注入法的优势：与传统的VO2薄膜相变性能调控方法相比，电子注入法具有操作简便、调控效果好、对环境友好等优点。
同时，通过精确控制电子的注入量和注入速度，可以实现对VO2薄膜相变性能的精细调控。
四、应用前景与展望电子注入法在VO2薄膜相变性能调控中展现出巨大的应用潜力。
首先，通过降低VO2薄膜的相变温度，可以提高其在微电子、光电子器件中的工作温度范围，拓展其应用领域。
华中科技大学硕士学位论文摘要近年来，激光战术战略武器得到了迅速发展，激光致盲武器作为战术激光武器的一种，不仅可以干扰对方光电系统的正常工作，也能使士兵暂时性失明，受到了各国军方的重视，对激光防护材料的研究也就显得越来越重要。
二氧化钒（VO2）作为一种典型的相变材料，在68℃时会发生金属-半导体相变（metal-to-insulator transition, MIT），相变前后伴随着明显的光学与电学性能的变化，其中红外透过率由低温态的高透过率转变为高温态的高反射率，且具有低的相变阈值与高的损伤阈值，满足了激光防护的基本要求，因而被认为是新型激光防护智能材料。
本文围绕VO2在红外波段的激光防护和提高其可见光透过率两个方面进行了研究。
本论文的主要工作如下：1.详细分析了VO2的相变原理与激光防护理论，引入Drude模型与Lorentz模型研究了VO2的光学常数，基于等效介质理论分析了VO2纳米孔洞薄膜的光学特性，为后续仿真和实验提供了理论基本。
2.分别用膜系仿真软件TFCalc与光器件仿真软件FDTD Solutions对VO2连续薄膜与孔洞薄膜进行了仿真，为实验提供了方向性指导。
3.优化了反应离子束溅射制备VO2薄膜的工艺参数，获得了性能较好的VO2薄膜。
分析了后退火工艺对薄膜质量的影响，获得了最佳退火温度。
4.采用半导体工艺中的紫外光刻与ICP刻蚀技术制备了VO2孔洞薄膜，探索了工艺流程与参数。
5.采用多种激光器测试了VO2薄膜的相变阈值与激光损伤阈值。
6.用硅光电池作为靶子，进行了VO2薄膜的激光防护实验。
关键词：VO2薄膜离子束溅射VO2孔洞薄膜半导体工艺激光防护华中科技大学硕士学位论文AbstractThe rapid developing laser weapons are playing important role in modern wars. As one of the tactical weapon, laser blind jamming can not only disturb the regular function of the photoelectric devices but also blind soldiers temporarily, that cause the attention of the military, so the research on laser protective materials is becoming more and more important.As a typical phase transition material, vanadium dioxide(VO2) demonstrates sharp metal to insulator transition(MIT) at 68 degrees, accompanying with abrupt changes in the optical and electrical properties. The infrared transmittance would be transformed from a high transmittance at low temperature state to high reflectance at high temperature state, with low phase transition threshold and high damage threshold, VO2meets the basic requirement of laser protection and is considered as a new intelligent material for laser protection. This thesis studies the laser protection of VO2in infrared band and the enhancement of its visible light transmittance.The main contents of this thesis are as follows.1.The phase transition mechanism and laser protection theory have been brieflyanalyzed. By introducing Drude model and Lorentz model, we studied the optical constant of VO2. Based on effective medium theory, we analyzed the optical properties of vanadium dioxide nanogrid films, that provided the theoretical basic for the subsequent simulations and experiments.2.The TFCalc coating design software and optical devices simulation software FDTDSolutions were used to simulate the continuous film and nanogrid film, providing a directional guidance for the experiments.3.The parameters of reactive ion beam sputtering to fabricate VO2film wereoptimized and high quality films were obtained. Also the influence of post-annealing process on the quality of the film was studied, and the optimal annealing temperature was obtained.华中科技大学硕士学位论文4.VO2microgrid films were prepared by semiconductor technology such as UVlithography and ICP etching, the parameters of the process were explored.5.The phase transition threshold and laser damage threshold of the film were testedwith different kind of lasers.6.With the silicon photocell as the target, the laser protection experiment of VO2 filmswere carried out.keywords：VO2film reactive ion beam sputtering VO2nanogrid film semiconductor technology laser protection华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论课题背景 (1)研究的目的和意义 (1)国内外概况分析 (3)二氧化钒基本性质与应用 (4)激光防护方案 (7)本课题主要研究内容和创新点 (9)2VO2激光防护理论分析VO2相变原理 (10)VO2激光防护原理 (11)等效介质理论 (13)本章小结 (14)3VO2膜系仿真设计软件介绍 (15)VO2光学常数仿真计算 (17)本章小结 (26)4VO2薄膜的制备华中科技大学硕士学位论文VO2的制备工艺 (27)离子束溅射制备VO2薄膜 (29)孔洞薄膜的制备 (33)本章小结 (42)5薄膜表征与性能测试VO2薄膜性能测试 (43)VO2孔洞薄膜性能测试 (49)本章小结 (50)6VO2薄膜在激光防护中的应用激光防护中VO2薄膜相变阈值 (51)激光防护中VO2薄膜破坏阈值 (55)硅光电池防护实验 (56)VO2薄膜中红外开关率测试 (58)VO2薄膜响应时间测试初步探索 (59)本章小结 (60)7总结与展望总结 (62)展望 (63)致谢 (64)参考文献 (65)华中科技大学硕士学位论文附录攻读学位期间发表的论文目录 (71)华中科技大学硕士学位论文1绪论课题背景近年来激光武器得到迅速发展，几乎决定了现代战争的胜负成败。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2007年第26卷第6期·814·化工进展二氧化钒薄膜制备研究的最新进展丰世凤，宁桂玲，王 舰，林 源（大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室，辽宁大连 116012）摘 要：VO2在68 ℃附近发生从高温金属相到低温半导体相的突变，且相变可逆。
由于相变前后其电、磁、光性能有较大的变化，使得它在光电开关材料、存储介质、气敏传感器和智能玻璃等方面有着广泛的应用。
然而由于VO2稳定存在的组分范围狭窄，使得制备高纯度VO2薄膜较为困难。
为此人们做了很多工作来研究VO2薄膜的制备。
本文综述了2000年以来VO2薄膜制备方法的研究情况，比较了各种制备方法对薄膜性能的影响，介绍了VO2薄膜研究的最新研究进展，并为扩大其应用领域而探讨了今后的研究方向。
关键词：二氧化钒；相变；薄膜制备中图分类号：TB 43；O 484.4 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2007）06–0814–05Recent progress of research on VO2 thin filmFENG Shifeng，NING Guiling，WANG Jian，LIN Yuan（State Key Laboratory of Fine Chemicals，School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian116012，Liaoning，China）Abstract：Vanadium dioxide（VO2）single crystals undergo a first order transition from semiconductor to metallic state at approximately 68℃. Associated with the phase transition are the considerable changes in its electrical，magnetic and light characteristics，it can be widely used in thermal，electrical switching elements，optical storage media devices and sensitive sensor and solar energy control of windows. The film of VO2 stably exists in a narrow range of composition，and it is difficult to get pure VO2. Much work has been done to investigate the film of VO2. This paper summarizes the recent progress of the preparation method of VO2 thin film since 2000 and the influence of various preparation methods upon the properties of the thin film are compared. To expand its application，the newest development of the VO2 thin film is introduced，and its future research is also discussed.Key words：VO2；phase transition；film preparation钒作为过渡金属元素，可以和氧形成3个系列的氧化物[1]：VO-V2O3-V2O5、V n O2n-1(3<n<9)、V n O2n+1(3<n<6)，这些氧化物晶体结构和空间排列各不相同。
