VO2薄膜的制備及其光特性研究.pdf

1、VO2薄膜可在68℃時(shí)發(fā)生半導(dǎo)體-金屬的可逆相變，同時(shí)伴隨著光、電、磁性能的突變，使其在智能窗和化學(xué)傳感等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前采用的磁控濺射、化學(xué)沉積和激光沉積等主要制備技術(shù)，多數(shù)利用釩靶材與通入的的氧氣流反應(yīng)制備出VO2薄膜。由于釩可與氧構(gòu)成多種氧化物，很難制備出的化學(xué)成分單一的VO2薄膜。因此，選用合適的制備技術(shù)獲得化學(xué)成分單一且表面平整的VO2薄膜顯得尤為重要。
　　本論文采用有機(jī)溶膠凝膠法(sol-gel)制備VO

2、2薄膜，采用乙酰丙酮釩的甲醇溶液，在氧化鋁(Al2O3)襯底上甩膜，并在N2環(huán)境下退火，制備出納米晶VO2薄膜。系統(tǒng)研究了工藝過程中的各種參數(shù)對(duì)納米晶VO2薄膜光學(xué)特性的影響。
　　本論文主要研究以下幾個(gè)方面:
　　(1)本文在采用有機(jī)溶膠-凝膠法(sol-gel)制備出大面積小顆粒且均勻性好的單層VO2納米晶薄膜的基礎(chǔ)上，采用多次甩膜退火工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米晶VO2薄膜厚度的控制。在N2環(huán)境下550℃～600℃退火20分鐘時(shí)

3、，能夠制得大面積單層表面分布均勻的納米晶VO2薄膜。薄膜中的晶粒尺寸約40nm～50nm，薄膜厚度約10nm。薄膜成分單一，只含有單晶VO2(001)，幾乎無其他價(jià)態(tài)的釩氧化物。所制備的納米晶VO2薄膜有良好的熱致相變特性，紅外2μm處透射率變化率達(dá)6％。相變溫度接近單晶VO2晶體的相變溫度，約70℃。在納米晶VO2薄膜上進(jìn)行多次甩膜退火，可以獲得不同厚度的納米晶VO2薄膜。每次重復(fù)勻膠和退火能夠使得薄膜厚度增加約10nm。薄膜成分單一

4、，顆粒均勻，表面平整。在溫度變化時(shí)，其吸收光譜和拉曼光譜的研究表明，納米晶VO2薄膜表現(xiàn)出了良好的熱致相變特性。
　　(2)基于VO2薄膜的相變特性，設(shè)計(jì)VO2薄膜和Ag納米顆粒之間的耦合結(jié)構(gòu)，在同一襯底上實(shí)現(xiàn)了熒光-拉曼信號(hào)的切換探測(cè)。在室溫下，在VO2薄膜為半導(dǎo)體相，可檢測(cè)探測(cè)分子(R6G)的熒光信號(hào)（拉曼信號(hào)探測(cè)在“關(guān)”狀態(tài)）。高溫（如85℃）時(shí)，該VO2薄膜膜為金屬相，銀納米顆粒與金屬相的VO2薄膜相互作用，產(chǎn)生更強(qiáng)的局域