VO2薄膜相變特性以及制備與應(yīng)用的研究進(jìn)展

李建國(guó),安忠維

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安710065)

VO2薄膜相變特性以及制備與應(yīng)用的研究進(jìn)展

李建國(guó),安忠維

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安710065)

李建國(guó)

摘要：二氧化釩(VO2)薄膜是一種新型功能材料，其在68 ℃附近可發(fā)生低溫半導(dǎo)體相與高溫金屬相(S-M)之間的可逆相變。伴隨晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變, VO2薄膜的電學(xué)、光學(xué)等物理性能發(fā)生突變，其性能的突變使得在熱、電開(kāi)關(guān)以及光存儲(chǔ)方面有著廣泛的應(yīng)用而受到國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者進(jìn)行研究。但是，氧化釩存在相態(tài)復(fù)雜，VO2穩(wěn)定存在相態(tài)范圍狹窄，制備高純度的VO2薄膜是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。就近幾年國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，闡述了VO2薄膜的基本相變特性，介紹了常規(guī)的VO2薄膜制備方法和新型的以原子層沉積(ALD)技術(shù)制備VO2薄膜的方法，總結(jié)了通過(guò)改變薄膜制備工藝以及摻雜工藝降低VO2薄膜相變溫度，進(jìn)一步對(duì)VO2薄膜的應(yīng)用方向、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：VO2薄膜；相變溫度；制備方法；原子層沉積(ALD)；摻雜

1前言

VO2薄膜在68 ℃附近具有熱致半導(dǎo)體—金屬相變特性[1-2]。在相變過(guò)程中，VO2由低溫單斜金紅石結(jié)構(gòu)(半導(dǎo)體態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷厮姆浇鸺t石結(jié)構(gòu)(金屬態(tài))(S-M相變), 伴隨晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,VO2薄膜光學(xué)以及電學(xué)等物理特性發(fā)生突變, 出現(xiàn)明顯的開(kāi)-關(guān)兩種狀態(tài)。在所有不同類(lèi)型的釩氧化物中，VO2因其相變溫度接近室溫而備受關(guān)注。當(dāng)溫度低于68 ℃時(shí)，VO2具有單斜結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)半導(dǎo)體態(tài)；當(dāng)溫度高于68 ℃時(shí)，VO2具有四方金紅石結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)金屬態(tài)，同時(shí)電阻率、透光率(特別是紅外波段的光學(xué)透過(guò)率)、磁化率等發(fā)生突變[3-5]。利用這些性質(zhì)的突變，VO2薄膜可以被廣泛應(yīng)用到軍事[4]、民用[6]等各個(gè)方面，尤其近年來(lái)，激光探測(cè)與致盲技術(shù)的飛速發(fā)展，也使得越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注如何將VO2薄膜應(yīng)用到激光防護(hù)中，針對(duì)VO2薄膜的研究也越來(lái)越多，因?yàn)樾阅軆?yōu)異的薄膜是其應(yīng)用的前提基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段，VO2薄膜的制備主要有濺射法、化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、溶膠凝膠法和原子層沉積法(ALD)等[7-13]。相比于傳統(tǒng)的薄膜制備方法，新型的以原子層沉積的方法(ALD)制備VO2薄膜，因其自限制特性從而實(shí)現(xiàn)薄膜厚度的精確控制、可以實(shí)現(xiàn)大面積成膜而受到廣泛關(guān)注。

雖然VO2的相變溫度已經(jīng)比較接近室溫，但是在應(yīng)用于智能窗戶(hù)、紅外防護(hù)的方面，其相變溫度還需進(jìn)一步降低?，F(xiàn)階段，可以通過(guò)改變薄膜的成膜工藝和對(duì)薄膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾x子摻雜，來(lái)降低相變溫度。

2VO2薄膜相變基本特性

V是一種銀白色金屬，在元素周期表中屬VB族，熔點(diǎn)高，具有良好的延展性，耐硫酸、鹽酸腐蝕，可溶于硝酸、王水、氫氟酸。常見(jiàn)的釩氧化物中，釩有+2、+3、+4、+5價(jià)，由于不同價(jià)態(tài)釩的物相晶格結(jié)構(gòu)不同，釩的幾種氧化物的性能差異比較大。表1列出了常見(jiàn)釩氧化物的相變溫度，可以發(fā)現(xiàn)VO2相變溫度最接近室溫，因而其有著更大的應(yīng)用價(jià)值。

表1　釩氧化物的相變溫度

然而，過(guò)渡金屬元素V與O形成一系列氧化物和固溶體，使得釩-氧體系十分復(fù)雜。目前發(fā)現(xiàn)V-O體系至少有13種不同的相。氧化釩多種相容易相互轉(zhuǎn)換，使得釩氧體系的制備和分析有較大的困難，不同的溫度和氧分壓以及氣壓都影響著材料的相態(tài)。不同相的氧化釩從微觀上看具有不同的晶格單元和空間結(jié)構(gòu)，從宏觀上看有著差異極大的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)性能。

在美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米相材料科學(xué)中心，借助凝聚物理學(xué)理論成功地解釋了VO2的相行為。特瑟勒夫表示，他們發(fā)現(xiàn)VO2發(fā)生的多相競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象純粹是由晶格對(duì)稱(chēng)所引起的，并認(rèn)為在冷卻時(shí)VO2晶格能夠以不同的方式發(fā)生“折疊”，因此人們所觀察到的現(xiàn)象是VO2不同的折疊形態(tài)。對(duì)于VO2，在68 ℃附近發(fā)生相變，由低溫的單斜晶系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐乃姆交兘鸺t石結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1　 VO2從四方晶系(a)相變到單斜晶系(b)Fig.1　Transition of VO2from tetragonal phase(a) to monoclinic phase(b)

在相變過(guò)程中，薄膜的方塊電阻可由四探針?lè)ㄟM(jìn)行測(cè)量，圖2為VO2薄膜方塊電阻隨溫度變化的曲線(xiàn)；通過(guò)傅立葉紅外光譜儀可以測(cè)得VO2薄膜紅外透過(guò)率隨溫度的變化曲線(xiàn)，如圖3所示。

在圖2中，在所測(cè)的溫度范圍內(nèi)(20～90℃)，VO2薄膜的方塊電阻隨溫度的升高存在明顯的躍變特性，這表明VO2薄膜具有半導(dǎo)體—金屬相變特性。當(dāng)薄膜處于低溫態(tài)時(shí)，VO2處于半導(dǎo)體相，大部分電子被限制在原子周?chē)?，薄膜?nèi)載流子濃度很低，此時(shí)方塊電阻值較大，在逐漸升高溫度的過(guò)程中，載流子濃度增加，方塊電阻逐漸減小，當(dāng)薄膜溫度達(dá)到60 ℃左右時(shí)，薄膜內(nèi)部分顆粒由半導(dǎo)體相轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧?，載流子濃度迅速增大，方塊電阻迅速下降，繼續(xù)增加薄膜溫度，載流子濃度繼續(xù)增加，但其增加速度開(kāi)始變緩。當(dāng)達(dá)到80 ℃時(shí)，薄膜內(nèi)VO2顆粒均轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賾B(tài)，載流子濃度不再增加，薄膜的方塊電阻基本保持不變。降溫過(guò)程是升溫的逆過(guò)程，且與升溫相比有一定的溫度滯后現(xiàn)象。

圖2 　VO2薄膜方塊電阻隨溫度變化曲線(xiàn)Fig.2　The change of sheet resistance with temperature for VO2thin films

圖3　VO2薄膜紅外透過(guò)率隨溫度變化曲線(xiàn)Fig.3　The change of infrared transmittance with temperature for VO2thim film

如圖3，隨著溫度的升高，載流子濃度增加，紅外透過(guò)率逐漸下降；當(dāng)溫度為50～65 ℃時(shí)，透過(guò)率迅速下降；當(dāng)溫度高于70 ℃時(shí)，由于載流子濃度趨于穩(wěn)定，故紅外透過(guò)率也趨于穩(wěn)定，且透過(guò)率很低。降溫過(guò)程同樣是升溫的逆過(guò)程，且與升溫相比有一定的溫度滯后現(xiàn)象。

3VO2薄膜制備方法

單晶塊體VO2在發(fā)生相變時(shí)由于自身體積的變化會(huì)造成碎裂[14]，限制了其研究和廣泛應(yīng)用。當(dāng)代，薄膜制備技術(shù)層出不窮，可以制備VO2薄膜來(lái)克服體材料相變時(shí)造成碎裂這一不利影響。這是由于薄膜具有優(yōu)良的延展性，即使經(jīng)歷反復(fù)相變過(guò)程也不會(huì)受到破壞[15]。此外薄膜材料具有體積小，重量輕，制備方法多種多樣等優(yōu)勢(shì)。

VO2薄膜的制備主要有濺射法、化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、溶膠凝膠法和原子層沉積法(ALD)等。

3.1濺射法

濺射制膜方法實(shí)際上是物理氣相沉積(PVD)一種形式,惰性氣體轟擊靶材料使其獲得的能量大于其自身的濺射閾值，靶材的原子就會(huì)被轟擊出來(lái)，經(jīng)過(guò)一段飛行而沉積在襯底的表面，形成薄膜。采用離子束濺射優(yōu)點(diǎn)是薄膜的純度高、襯底溫升低、工藝易于復(fù)制而且可制備成分復(fù)雜的多層薄膜等。但也有不足，比如裝置相對(duì)復(fù)雜，沉積速率低，成本也相對(duì)較高。

濺射法制備VO2薄膜[15-17]，通常使用純度很高的V(V2O5或V2O4)為靶材，用O2-Ar-H2或O2-N2(O2,Ar)離子體濺射，然后在惰性氣氛中(N2、Ar等)退火形成VO2薄膜。襯底可選用C-Si片、SiO2/Si片、Al2O3單晶等材料，加熱溫度一般在250～550 ℃。其襯底溫度、氣體分壓及退火工藝是影響所制備VO2薄膜性能的主要因素。現(xiàn)主要采用直流磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射法等方法制備VO2薄膜。

周少波等[18]采用離子束濺射法制備了VO2薄膜。分析顯示此薄膜中含有少量V2O5，相變溫度為30 ℃，很好的達(dá)到了降低相變溫度的目的。但是，隨著相變溫度的降低，其相變前后的物理性質(zhì)突變量降低，例如相變前后電阻突變量只達(dá)到101.5～102，阻礙了其進(jìn)一步防范的應(yīng)用。

沈楠，李毅等[19]同樣利用濺射法制備V2O5薄膜，其不同的是，他們直接在O2的氣氛下進(jìn)行濺射，所制備高純的V2O5薄膜，之后在Ar的保護(hù)下進(jìn)行退火，高價(jià)釩氧化物發(fā)生分解而制備VO2薄膜。如此制備VO2薄膜，關(guān)鍵要掌握退火工藝，選擇合適的氣氛以及合適的退火溫度，以實(shí)現(xiàn)還原V2O5薄膜至VO2薄膜的目的。

Kunio Okimurat等人則報(bào)道了一種更為先進(jìn)的感應(yīng)耦合等離子體輔助濺射的方法[16-17,20]。當(dāng)基底為Al2O3(藍(lán)寶石)或者單晶Si時(shí)，所制備的V2O5薄膜是單一組分的VO2，相變前后，物理特性突變量保持較大，例如，相變時(shí)最大電阻變化達(dá)到了4個(gè)數(shù)量級(jí)。除此之外，而且工藝控制簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)定范圍較廣，使得這種方法將相變VO2與集成電路技術(shù)相結(jié)合集成，很具發(fā)展前景。

3.2化學(xué)氣相沉積法(CVD)

化學(xué)氣相沉積法是較為傳統(tǒng)的制備薄膜的技術(shù)，其原理是利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過(guò)原子、分子間化學(xué)反應(yīng)，使得氣態(tài)前驅(qū)體中的某些成分分解，而在基體上形成薄膜。對(duì)于VO2薄膜的制備，同樣可以選擇氣化的前驅(qū)體在基片上進(jìn)行沉積，其沉積速率受基片與蒸發(fā)源間的距離、蒸發(fā)源的溫度以及系統(tǒng)填充氣體分壓等影響?，F(xiàn)階段，常采用常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)[21-22]和金屬有機(jī)化合物氣相沉積(MOCVD)[23]。

化學(xué)氣相沉積法制備VO2薄膜常使用的釩源有V(C5H7O)4、VOCl3、VCl4等。除此之外，近幾年，乙酰丙酮釩氧化合物作為釩源進(jìn)行化學(xué)氣相沉積法而受到廣泛關(guān)注，常用的有VO(acac)2[24]、V(acac)3[25]。

Christopher S.Blackan[26]等利用常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)，制備摻雜W的VO2薄膜。采用VCl4、WCl6和水在550 ℃下進(jìn)行氣相沉積,制備不同厚度的VO2薄膜，經(jīng)四探針?lè)ㄒ约癋T-IR測(cè)其電阻與紅外透過(guò)率隨溫度的變化表明，選擇適當(dāng)?shù)那膀?qū)體以及適當(dāng)比例的W摻雜可以實(shí)現(xiàn)降低相變溫度，增大相變過(guò)程中的變化幅值。

3.3脈沖激光沉積法(PLD)

近年來(lái)，脈沖激光沉積(Pulse Laser Deposition，PLD)工藝得到了一定的發(fā)展，它是物理沉積的一種。在真空環(huán)境中利用激光對(duì)物體(靶材料)進(jìn)行轟擊，然后將轟擊出來(lái)的物質(zhì)沉淀在不同的襯底上，得到沉淀或者薄膜的一種手段。

Kim D H等人采用PLD法在Al2O3基底上制備了相變性能優(yōu)異的VO2薄膜[27]。

趙萍等[28]同樣采用了PLD技術(shù)，在1 Pa的O2分壓下，600 ℃生長(zhǎng)15 min成功制備了單相的VO2，對(duì)不同條件下生長(zhǎng)的樣品進(jìn)行表征和比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，激光能量能夠直接影響薄膜的性質(zhì)，一般激光能量在500～600 MJ之間時(shí)制備的薄膜電學(xué)性質(zhì)最好。這種技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是可制備具有良好可控性的高純度薄膜，沉積膜表面平坦，膜中殘余應(yīng)力小，但難以得到大面積的多晶薄膜[29]。

3.4溶膠—凝膠法(Sol-Gel)

Sol-Gel是一種操作簡(jiǎn)單，成本低廉的薄膜制備方法。制備的薄膜具有高純度，符合化學(xué)計(jì)量比和易摻雜等特點(diǎn)。袁寧一、尹大川等[30-31]通過(guò)將V2O5熔體急淬于水中制成溶膠再使用浸涂法或旋涂法制得V2O5凝膠，最后在真空中熱處理獲得V2O5薄膜。

但是使用Sol-Gel制備的薄膜，使用致密度差，厚度不易控制，且容易存在氣泡或開(kāi)裂等缺陷[32]。

3.5原子層沉積法(ALD)

原子層沉積是通過(guò)將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種方法。原子層沉積的表面反應(yīng)具有自限制性(self-limiting)，薄膜的厚度只取決于沉積脈沖循環(huán)次數(shù)，所以對(duì)薄膜厚度可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的控制，除此之外，ALD可以實(shí)現(xiàn)大面積成膜以及臺(tái)階覆蓋能力。

Geert Rampelberg等人[33]利用ALD方法，選用{V(NEtMe)4}作為V源，以O(shè)3為O源在150 ℃低溫下在SiO2基底上沉積VO2薄膜的沉積，并在450 ℃進(jìn)行熱處理，薄膜在67 ℃發(fā)生了相變，其電阻突變量達(dá)到102。

Pritesh Dagur等[34]利用ALD方法在玻璃基板上，以[VO(acac)2]為釩源，H2O做為氧源制備VO2薄膜，其有明顯相變特性。

對(duì)于以上的薄膜的制備方法，優(yōu)缺點(diǎn)各異。蒸發(fā)法制備薄膜方法簡(jiǎn)單，易成膜，但是其機(jī)械強(qiáng)度低、膜層附著較差；脈沖激光沉積法制備薄膜可控性高、純度高，薄膜組分易控制，薄膜沉積速率快且制備的薄膜表面平坦,膜中殘余應(yīng)力小，但其設(shè)備昂貴、難以得到大面積的多晶薄膜；溶膠-凝膠法制備薄膜工藝簡(jiǎn)單、成本低，膜的表面均勻性較好，方便大面積成膜，但其實(shí)驗(yàn)條件不易控制，過(guò)程麻煩，原料較貴，制備的薄膜致密度差，膜厚不易控制，薄膜表面易存在氣泡或有開(kāi)裂現(xiàn)象，薄膜的開(kāi)關(guān)性能較差；濺射法制備的薄膜其質(zhì)量較高，膜厚分布均勻，膜厚控制方便，薄膜的致密性、膜層與基片的附著等較好，但其制備薄膜的窗口條件較窄，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在受熱不均或功率控制不當(dāng)而引起靶表面開(kāi)裂、變形等現(xiàn)象；原子層沉積法(ALD)制備薄膜，因其具有獨(dú)特的自限制特性，不僅可以實(shí)現(xiàn)大面積成膜，而且其厚度可以精確控制而受到廣大學(xué)者的研究,并應(yīng)用于釩氧化物薄膜的制備[35-36]。

4相變溫度

現(xiàn)階段由于VO2薄膜相變溫度與實(shí)際應(yīng)用相比較高而限制了VO2薄膜的廣泛應(yīng)用，所以要想實(shí)現(xiàn)VO2大規(guī)模的應(yīng)用，降低相變溫度依舊是關(guān)于VO2的研究重點(diǎn)。目前研究表明，改變相變溫度的方法主要有摻雜和改善成膜工藝兩種，通過(guò)控制薄膜的制備參數(shù)，優(yōu)化制備工藝或者在VO2薄膜中摻雜其它離子，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)VO2薄膜的相變溫度的控制[37-38]。

研究表明[37-38]，摻雜可以改變VO2的相變溫度，如摻雜W6+,Mo6+,Nb5+,F-,Ge4+,Fe2+,Au+,Cu2+,Ga4+,Ta5+,Ru4+等，可以提高或降低相變溫度。由于不同摻雜離子引起的結(jié)構(gòu)畸變和能級(jí)變化不同，因而不同摻雜離子降低相變溫度的幅度也不同，吳衛(wèi)和等研究[39]發(fā)現(xiàn)：摻雜離子半徑大于V4+或摻雜離子電荷數(shù)高于V4+，有利于降低VO2的相變溫度；反之，摻雜離子半徑小于V4+或摻雜離子電荷數(shù)低于V4+，則會(huì)升高VO2相變溫度。同一種離子不同離子濃度的摻雜其相變溫度不同，則其在不同溫度下電學(xué)性質(zhì)也不同，如表2。

通過(guò)摻雜降低相變溫度以外，還可以通過(guò)不斷的改善成膜工藝降低VO2相變溫度。梁繼然等[40]通過(guò)選擇不同的升溫方式進(jìn)行VO2薄膜的制備，比較了快速升溫與常規(guī)升溫方式得到VO2薄膜相變溫度。

表2　含不同W摻雜量的VO2粉體在不同溫度下的電阻(kΩ)

原子層沉積(ALD)的方法制備VO2薄膜具有可以大面積成膜，膜厚精確控制的優(yōu)點(diǎn)，除此之外，ALD技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)均勻摻雜，并且精確控制摻雜比例，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低相變溫度。

5應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

隨著對(duì)VO2薄膜的研究日益增多，對(duì)于VO2薄膜的認(rèn)知也越來(lái)越深刻，針對(duì)不同的應(yīng)用方向，其研究的重點(diǎn)也不盡相同，在不同應(yīng)用條件下有針對(duì)性的研究與應(yīng)用將是VO2薄膜研究發(fā)展趨勢(shì)。

5.1智能窗戶(hù)

VO2薄膜的熱致相變特性使得紅外光在其相變前后透過(guò)率發(fā)生突變。如果將VO2有效地貼附于建筑玻璃、汽車(chē)玻璃表面，則可有效地控制內(nèi)部溫度而節(jié)省更多不可再生資源。

目前該方向的應(yīng)用存在以下問(wèn)題：①實(shí)現(xiàn)VO2薄膜的智能控溫的首要前提是VO2相變溫度可以進(jìn)一步降低至室溫附近；②在智能窗戶(hù)應(yīng)用上，在實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度控制的同時(shí)，更要控制它的可見(jiàn)光透過(guò)率。一般情況下，VO2薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率僅為30%～40%；③大面積且高質(zhì)量薄膜的制備是該領(lǐng)域應(yīng)用的必要條件。

針對(duì)以上問(wèn)題，目前的研究主要是通過(guò)摻雜合理的離子或者改變成膜工藝來(lái)進(jìn)一步降低相變溫度，在制備VO2薄膜時(shí)，不僅要合理降低其相變溫度，同時(shí)要通過(guò)增透膜或者鍍制減反射膜來(lái)進(jìn)一步增大薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率，不斷研究薄膜制備方法與工藝，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量大面積成膜。

5.2激光防護(hù)

VO2薄膜的熱致相變特性使其可以應(yīng)用于激光防護(hù)。通過(guò)薄膜的制備工藝將VO2薄膜涂覆于紅外探測(cè)器以及傳感器表面，不僅可以有效的對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行透過(guò)，而且可以阻止大功率激光武器對(duì)光學(xué)元器件以及光學(xué)系統(tǒng)的傷害。

該領(lǐng)域的應(yīng)用目前也存在著如下問(wèn)題：①相變溫度偏高；②響應(yīng)時(shí)間偏長(zhǎng)；③相變前后光學(xué)透過(guò)率還有待進(jìn)一步提高。在降低其相變溫度的基礎(chǔ)上，要加強(qiáng)薄膜的耐用性，增大防護(hù)帶寬，縮短響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步縮短薄膜由高溫金屬相到低溫半導(dǎo)體相的恢復(fù)時(shí)間，提高損壞閾值，提高薄膜的冷態(tài)透過(guò)率，以保證被防護(hù)儀器的正常工作。

VO2薄膜除了可以應(yīng)用于智能窗戶(hù)、激光防護(hù)外，還可以根據(jù)其可逆相變特性制備可擦除存儲(chǔ)介質(zhì)[41]、紅外輻射測(cè)熱計(jì)和熱敏電阻、紅外光調(diào)制材料、非制冷紅外焦平面、抗靜電涂層、電致變色顯示材料、可變反射鏡[42]等。

6結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今，對(duì)VO2薄膜的研究已經(jīng)取得了較為豐碩的成果。但是由于釩氧化物價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，研發(fā)制備高質(zhì)量薄膜的方法與工藝，并且在此基礎(chǔ)上提高制備可重復(fù)性，降低制造成本，提高生產(chǎn)效率是當(dāng)前VO2研究的重點(diǎn)之一。目前，通過(guò)摻雜金屬離子，可以改變VO2的相變溫度使其更加接近室溫。因此，尋找最佳的摻雜元素與摻雜濃度也將成為今后研究的重點(diǎn)。隨著VO2薄膜制備方法的改進(jìn)，VO2薄膜可以在太陽(yáng)能控溫材料、激光防護(hù)、可擦寫(xiě)光盤(pán)、鋰離子電池的電極材料、生物醫(yī)用等方面取得更廣泛的應(yīng)用。通過(guò)探索，可以發(fā)現(xiàn)更多的應(yīng)用領(lǐng)域，使其更好地造福于人類(lèi)。

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(編輯蓋少飛易毅剛)

我國(guó)電磁發(fā)射技術(shù)取得突破性進(jìn)展

——尚在探索實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化

電影《變形金剛2》中，游弋在大洋上的美軍戰(zhàn)艦發(fā)射出超高速炮彈，對(duì)金字塔頂?shù)?大力神"予以毀滅性打擊。科幻大片中的神秘兵器能否在現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)？記者17日從中國(guó)航天科工集團(tuán)公司獲悉，其二院206所一群年輕人正在開(kāi)拓此項(xiàng)新概念發(fā)射技術(shù)——電磁發(fā)射技術(shù)，目前取得突破性進(jìn)展。

據(jù)航天科工集團(tuán)網(wǎng)站消息，206所“高能電磁發(fā)射技術(shù)”青年創(chuàng)新工作室(簡(jiǎn)稱(chēng)“青創(chuàng)室”)依托集團(tuán)公司重大自主創(chuàng)新項(xiàng)目研究，將“導(dǎo)彈通用電磁發(fā)射技術(shù)”和“用于近程彈幕防空的電磁發(fā)射技術(shù)”作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域。該技術(shù)利用電磁力將載荷推進(jìn)到一定速度，可顯著提高導(dǎo)彈發(fā)射性能及出口速度，減少導(dǎo)彈運(yùn)載機(jī)構(gòu)質(zhì)量，壓縮發(fā)射裝置的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，并構(gòu)建導(dǎo)彈電磁發(fā)射裝置通用化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)發(fā)射和導(dǎo)彈發(fā)射快速響應(yīng)，從而降低發(fā)射成本，大幅提高武器系統(tǒng)作戰(zhàn)性?xún)r(jià)比。該技術(shù)適應(yīng)未來(lái)艦船、陸基、空間發(fā)射等武器裝備系統(tǒng)全面電氣化的發(fā)展趨勢(shì)，將成為引領(lǐng)軍事技術(shù)革新的方向之一。

青創(chuàng)室負(fù)責(zé)人李艷明介紹，化學(xué)能發(fā)射技術(shù)爆發(fā)力卓越、毀傷效能高，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛應(yīng)用，但是存在發(fā)射過(guò)程不可逆，控制應(yīng)急性差的缺點(diǎn)，而且受火藥性質(zhì)限制，傳統(tǒng)發(fā)射方式炮彈出口速度已接近極限。隨著人類(lèi)使用能量技術(shù)的提高，將電能應(yīng)用于武器裝備是武器發(fā)展的必然。

在航天科工集團(tuán)大力開(kāi)展“五個(gè)新一代”技術(shù)的關(guān)鍵時(shí)期，電磁發(fā)射技術(shù)作為一種在速度、射程、殺傷力、反應(yīng)能力等諸多方面都具有革命性的新型先進(jìn)發(fā)射技術(shù)，無(wú)疑是新一代航天發(fā)射與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。

據(jù)悉，該技術(shù)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，難度、跨度很大，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有可借鑒的成熟方案。青創(chuàng)室成員“白手起家”，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的初期探索，從最初方案論證到協(xié)調(diào)樣機(jī)生產(chǎn)的每一個(gè)流程，一項(xiàng)項(xiàng)親自動(dòng)手，實(shí)現(xiàn)了看上去“不可能”的任務(wù)，使項(xiàng)目取得突破性進(jìn)展。

據(jù)了解，電磁發(fā)射技術(shù)距離完成技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，仍有一段探索的路程要走。

From http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2015-11/18/content_323773.htm?div=-1

Phase Transition Properties of Vanadium DioxideFilm and Research Progress of VO2Thin FilmFabrication and Application

LI Jianguo, AN Zhongwei

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute，Xi’an 710065,China)

Abstract：The film of VO2is a new functional material，and it has a reversible transition between low-temperature semiconductor phase and high-temperature metal phase(S-M) at about 68 ℃. With the transition in crystal structure, the electrical and optical physical properties appear mutation. The properties of VO2films are widely applied in the thermal, electrical switch and optical storage, more and more scholars at home and abroad are engaged in related research. However, vanadium oxide phase states are quite complex, VO2stable phase is in a narrow range, so preparation of high purity VO2films is the researches emphasis and difficulty for all researcher. According to the domestic and international research, this paper briefly reviews the basic properties, and introduces common methods and atomic layer deposition(ALD) technology for preparation of VO2thin films. Then,it reviews the methods of changing the films preparation and doping process to reduce the phase transition temperature. Application and development trend of VO2films are discussed.

Key words：VO2thin film；phase transition temperature；preparation methods； atomic layer deposition；doping

中圖分類(lèi)號(hào)：TB43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3962(2015)11-0862-07

特約專(zhuān)欄

收稿日期：2014-06-13

基金項(xiàng)目：國(guó)防基礎(chǔ)科研基金資助項(xiàng)目(B0520132007)

第一作者：李建國(guó)，男，1986年生，碩士研究生,Email：

LJG2042012@163.com

DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2015.11.09