冷暖色调可调的VO2基智能窗薄膜的制备与光学性能研究

作     者：余希涛 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐平华;嵇海宁

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：VO2 热致变色微胶囊 复合薄膜 冷暖色调 光学性能 

摘      要：二氧化钒(VO)作为一种过渡金属氧化物,其VO(M/R)在68℃附近能发生可逆转变,同时伴随着优异的近红外波段调节特性,使得它成为智能窗材料领域的研究热门。然而将其应用于智能窗上时,存在相变温度过高、太阳能调节率过低以及制备成薄膜后颜色呈现黄色等问题。基于此,本文分别采用W-Fe和W-Mn共掺杂制备了低相变温度VO粉体,并研究了掺杂元素对合成M相VO的影响,进一步将热致变色微胶囊与VO粉体复合制备成薄膜,以提高其太阳能调节率并进行颜色调控。本文主要研究工作如下:(1)VO薄膜的表征与光学性能研究。采用一步水热法成功制备了M相VO粉体,探讨了钒源、反应时间和前驱物比例等对M相VO制备的影响,并用XRD、SEM、XPS和DSC等方法对粉体进行了表征。进一步研究了掺杂元素对相变温度以及合成M相VO的影响。在此基础上,采用刮涂法制备了VO薄膜,并对薄膜进行了表征与光学性能测试。研究结果表明:以偏钒酸铵为钒源时,制备的M相VO相对较纯,并减小了时间成本;在掺杂改性研究过程中,发现1 at.%W/1at.%Fe共掺杂不仅能降低粉体的相变温度,还能促进A相VO转化为M相VO;VO薄膜的光学特性与VO的添加量和薄膜的厚度有关,当添加量为3%,薄膜厚度为500μm时,能保证可视透过率在60%以上时,太阳能调节率达到13.38%。(2)冷暖色调可调的VO薄膜的表征与光学性能研究。将VO与热致变色微胶囊复合制备得到了冷暖色调可调的高太阳能调制效率VO复合薄膜,并深入研究了薄膜厚度以及热致变色微胶囊种类等对复合薄膜光学性能的影响。结果表明:三种厚度的黄变绿复合薄膜均能实现冷暖色调可调,且黄变绿复合薄膜厚度为250μm时,太阳能调节率可提升至15.95%;而黄变蓝复合薄膜厚度为250μm时,在保持可见光透过率为70%的情况下,能将太阳能调节率提升至5.96%,为单一VO薄膜的3倍。这些结果说明冷暖色调的智能窗薄膜能大幅提高太阳能调节率,在智能窗领域具有重要的应用价值。