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VO2(M)因其在智能窗和开关设备中的应用而备受关注。但在实际应用过程中仍存在一些问题有待解决,如高的制备温度和低的热致变色性能。VO2(B)薄膜可作为热敏涂层应用于非制冷红外探测器中。但是目前工艺过程中所涉及的高真空和高温后退火技术使得制备过程复杂且价格昂贵。本论文研究了 VO2基热致变色智能窗和热敏涂层的制备和性能改善方法。采用低温、低成本的化学气相沉积(CVD)工艺制备VO2薄膜。为了提高VO2薄膜的热致变色和热敏性能,制备和研究了掺杂薄膜。主要结论如下:1.适当调整CVD工艺参数对于制备厚度可控的高结晶度VO2(M)薄膜至关重要。对于·62nm厚的V02(M)薄膜,分别获得了 52.3%(在400O℃下退火)和52.7%(在350℃下退火)的可见光透过率。相应的太阳能调控能力(△Tsol)分别为9.7%和7.1%,相变温度分别为45.1 ℃和50.9 ℃。结果与已报道的纯V02(M)薄膜的光学性能相当,且显示出更低的相变温度。通过第一性原理计算研究了相变温度降低的微观机理,结果表明制备工艺中的退火温度与薄膜中产生的应变之间存在直接关系,而薄膜中的应变与生成的氧空位共同作用决定了 VO2的相变温度。此外,两步法制备工艺中的籽晶层诱导晶粒快速生长,有利于进一步将VO2(M)薄膜的制备温度降低至325 ℃。2.研究了利用掺杂技术,包括单掺和共掺来改善和提高VO2(M)薄膜的热致变色性能。采用CVD法制备了单掺和共掺V02(M)薄膜。结果表明,掺杂不会明显降低VO2(M)薄膜的可见光透过率。Mo单掺和Mo-Al共掺的VO2(M)薄膜的相变温度比未掺杂的VO2(M)薄膜的相变温度低,且相变温度随着掺Mo浓度的增加逐渐降低。另外,与未掺杂的VO2(M)薄膜相比,掺杂后的薄膜的热滞回线宽度明显减小,尤其是A1单掺V02(1M)薄膜。探讨了掺杂薄膜相变温度和热滞回线宽度改善的微观机理。3.采用CVD法制备了具有较高TCR(-2.4%/K-2.89%/K)和合适方块电阻(10 kΩ/□～40 kΩ/□)的热敏B相V02薄膜。制备温度范围为375 ℃～450 ℃。得到的结果与已报道的采用高真空法合成的VO2(B)薄膜的热敏性能相当,证明了该方法适用于制备非制冷红外探测器应用中的热敏材料。4.研究了利用共掺技术来改善和提高VO2(B)薄膜的热敏性能。合成了具有高电阻温度系数(TCR=-3.6%/K)和合适的方块电阻(16.2kΩ/□)的Mo-Al共掺VO2(B)薄膜。Mo-Al共掺V02(B)薄膜的TCR和电阻均优于未掺杂和A1单掺的VO2(B)薄膜,TCR大于Mo单掺的VO2(B)薄膜。Mo-Al共掺VO2(B)薄膜热敏性能改善的微观机理研究结果表明,相比单掺杂,Mo-Al共掺由于尺寸和电荷补偿,产生更小的晶格畸变,应变和载流子浓度非均匀性,且共掺薄膜中V4+-V4+对周围的3d电子部分得到释放,单斜(C2/m)VO2(B)的特殊二维八面体结构有利于掺杂中对应变的控制。基于同步辐射X射线光电子能谱(SRPES)和X射线吸收近边结构(XANES)研究了 V离子周围的局部原子和电子结构。结果表明,Mo和Al被引入到VO2晶格中并占据V晶格位点,形成V1-x-yMoxAlyO2置换固溶体。VL-边和OK-边XAS结果也验证了 Mo-Al共掺杂在膜中产生的晶格畸变最小。