[發明專利]利用稀硫酸刻蝕提高二氧化釩薄膜可見光透過率的方法

在審

• 申請號: 201811210682.3
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109402581A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 梁繼然;郭津榜;趙一瑞
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/02;C23C14/58
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明公開了一種利用稀硫酸刻蝕提高二氧化釩薄膜可見光透過率的方法，采用稀硫酸處理的方式對磁控濺射結合快速退火制備的二氧化釩薄膜進行刻蝕，在整個制備過程中利用酸處理的方式將連續的平面二氧化釩薄膜刻蝕成分離的顆粒，提高薄膜孔隙率。本發明方法所需工藝條件低，易于控制，能夠有效提高VO₂的可見光透過率。先濺射金屬釩薄膜，再進行熱退火氧化，最后利用稀硫酸進行浸泡刻蝕，制造成本低廉，適合大批量工業生產。

技術領域

本發明涉及一種利用稀硫酸刻蝕提高物理濺射的平面二氧化釩薄膜可見光透過率的方法。

背景技術

能源短缺是當今世界的主要挑戰之一。有證據表明，建筑能耗占總能耗的30-40％，這一部分消耗主要被用來維持建筑物的熱舒適度。減少這部分能源消耗將為節能減排工作做出巨大貢獻。而利用智能窗取代傳統窗戶將是解決這個問題的有效方法之一，因為窗戶是建筑物與外部環境之間的主要熱交換通道。智能窗的主要類型包括電致變色，光致變色，氣致變色和熱致變色這幾類。在這其中，熱致變色智能窗的能耗最低，因而受到廣泛關注。并且，二氧化釩是制造熱致變色智能窗的最佳選擇之一。

二氧化釩在熱激發下具有獨特的金屬絕緣體轉變(MIT)特性，其變化過程是可逆的。相變的臨界溫度約為68℃。當溫度低于臨界溫度時，二氧化釩的晶體結構為單斜晶系(P21/c，M1)。可見光和近紅外光都具有高透射率，并且房間內的溫度隨著光的進入而逐漸增加。當溫度高于臨界溫度時，二氧化釩變為金紅石狀態(P42/mnm，R)。可見光透射率保持不變，但近紅外透射率顯著降低。此時，紅外線產生的熱量無法進入房間。利用這一特性，可以實現控制室內溫度的目的。

然而，若要將二氧化釩應用于建筑物的窗口，必須使其滿足建筑物窗口的可見光透過率要求，否則會增加室內的照明損耗，難以實現節能的目的。因此，為了實現二氧化釩的應用，智能窗應具有高的可見光透過率的特性。大規模、低成本的二氧化釩薄膜的制備通常是利用物理濺射的方法。盡管在濺射過程中通過濺射參數的調控能夠提升二氧化釩的可見光透過率，但是該參數的調節需要的工藝條件較為復雜，且提升幅度有限。而對物理濺射的二氧化釩薄膜進行稀硫酸的刻蝕同樣是提高二氧化釩薄膜可見光透過率的方式之一，這種方法與調節濺射工藝參數相比對設備及工藝條件的要求低，制備穩定，易于大范圍工業生產，且通過改變刻蝕時間可以有效調控二氧化釩的可見光透過率。但目前針對這種對物理濺射薄膜進行后處理的方法的研究鮮有報道。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供一種利用稀硫酸刻蝕提高二氧化釩薄膜可見光透過率的方法，解決現有技術中傳統二氧化釩平面薄膜在應用于智能窗時，可見光透過率不滿足建筑要求的問題。

本發明的技術方案是：一種利用稀硫酸刻蝕提高二氧化釩薄膜可見光透過率的方法，包括以下步驟：

(1)藍寶石基底的清洗：

將藍寶石片依次放入去離子水、丙酮以及無水乙醇中進行超聲清洗，再用去離子水洗凈，最后將藍寶石基片放入無水乙醇中備用；

(2)金屬釩薄膜的制備：

將洗凈的藍寶石基底置于DPS-Ⅲ型超高真空對靶磁控濺射鍍膜機的真空室，采用質量純度為99.99％的金屬釩作為靶材，以質量純度為99.999％的氬氣作為工作氣體制備金屬釩薄膜；

(3)二氧化釩薄膜的制備：

將步驟(2)制得的金屬釩薄膜放置于快速退火爐中進行快速氧化熱退火；

(4)二氧化釩薄膜的刻蝕；

將步驟(3)中制得的二氧化釩薄膜放置于質量分數為0.1％的稀硫酸中浸泡刻蝕5到25分鐘。

所述步驟(2)濺射條件為：本底真空度8.0×10^-4Pa，氬氣氣體流量為48mL/min，濺射工作氣壓為2Pa，濺射功率為120W，濺射時間8min。