智能窗用热致变色SiO<sub>2</sub>/VO<sub>2</sub>双层膜的制备与性能

刘鹏; 梁丽萍; 徐耀

doi:doi:10.3788/AOS201939.0416001

光学学报, 2019, 39 (4): 0416001, 网络出版: 2019-05-10

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Preparation and Characteristics of SiO₂/VO₂ Double-Layer Thermochromic Coatings for Smart Window

论文大纲

刘鹏 ^1,*梁丽萍 ^1,*徐耀 ^2,*

作者单位

¹ 太原科技大学材料科学与工程学院, 山西太原 030024

² 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西西安 710000

薄膜热致变色 VO2 SiO2 溶胶凝胶智能窗 thin films thermochromism vanadium dioxide silicon dioxide double-layer coating smart window

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摘要

分别采用VO₂单独烧成工艺以及VO₂与SiO₂共烧成工艺制备了SiO₂/VO₂热致变色涂层,研究了涂层的微观结构、热致变色性能和光学性能。研究结果表明:SiO₂/VO₂涂层的微观结构、热致变色性能和光学性能强烈地依赖于沉积工艺;其微观结构随SiO₂胶体的不同而略有不同,但热致变色性能和光学性能无显著差异;在热致变色性能无明显损失的情况下,采用VO₂单独烧成工艺制备的SiO₂/VO₂涂层的可见光透射性能得到了显著提升;双层膜样品具有良好的综合性能,其近红外光调控率为39.6%,太阳能转换效率为8.4%,25 ℃下可见光积分透射率与太阳能积分透射率分别为68.4%、72.0%。

Abstract

SiO2/VO2 thermochromic coatings are prepared via VO2 sintering alone and SiO2/VO2 co-sintering, respectively. The microstructure, thermochromic properties and optical properties of samples are studied. The experimental results show that both the microstructure and the above properties of the coatings are strongly dependent on the deposition process, whereas the type of SiO2 precursor sols only have little effect on the microstructure and even less effect on the thermochromic and optical properties. When the coatings are prepared by the VO2 alone-sintering routine, the SiO2/VO2 coatings obtain high transmittance under the condition of slight loss in thermochromic properties. The double-layer coating sample exhibited good comprehensive performance, its near infrared switching rate at 2000 nm value is 39.6%, the solar energy modulation value is 8.4%, and the integral visible transmittance and the integral solar transmittance at 25 ℃ are 68.4% and 72.0%, respectively.

1 引言

全球每年40%的能源消耗源于过度使用照明、空调和取暖设备。在能源危机的背景下,建筑节能技术吸引了越来越多人的关注^[1]。热致变色材料会因热引发晶体结构改变而产生红外透射率的变化,从而可以根据室外温度对约占太阳总辐射50%的红外辐射进行智能调控,因此,热致变色材料可应用于节能窗领域,缓解取暖和制冷设备引发的能源消耗^[2-4]。对于理想的热致变色涂层,不仅要求其在相变前后显示高的太阳能转换效率,还要其在可见光区的透射率尽量不降低,进而不影响室内的正常采光。

作为典型的热致变色材料,二氧化钒(VO₂)可在相变温度68 ℃附近发生可逆的金属-半导体相变,伴随着结构从低温相(M,单斜晶系P2₁/c)到高温相(R,四方P4₂/mnm)的转变,红外区由高透射性向高反射性转变,且相变速度很快^[5-7]。此外,虽然热致变色材料的相变伴随着晶体对称性的变化,但晶胞中只产生微小的体积变化(约1%),因此该种材料具有良好的热稳定性^[8],在热致变色涂层领域具有广阔的应用前景^[9]。然而遗憾的是,热致变色材料VO₂膜层的折射率较大(大于2),致使VO₂玻璃的可见光透射率相对较低,不能满足建筑玻璃的基本使用要求。为了推进基于VO₂涂层节能窗的实际应用,科研人员付出了很多努力,如:降低VO₂涂层厚度至80 nm以下,制备多孔VO₂涂层,构建多层膜体系等^[2,10-21]。通过降低涂层厚度或引入孔的方法来提高透射率,都会不可避免地减少涂层中VO₂的含量,从而导致近红外反射量降低,节能效果变差,不利于实际应用。在VO₂涂层上沉积低折射率的减反射膜可以有效地解决这一问题。Xu等^[2]通过转移矩阵方法从理论上计算了构建减反射膜的可行性,并通过真空溅射法构建了ZrO₂/VO₂双层膜,该膜在保证热致变色性能的前提下,使得可见光的透射率从32.3%提高到了50.5%;Koo等^[15]通过脉冲激光沉积CeO₂/VO₂双层膜同时提高了可见光透射率和太阳能转换率;Mlyuka等^[16]通过磁控溅射法制备了TiO₂/VO₂/TiO₂/VO₂/TiO₂膜,该膜可以兼顾相对高的可见光透射率和太阳能调控能力,但膜层体系相对复杂;Powell等^[17]采用常压气相沉积法制备了多功能VO₂/SiO₂/TiO₂涂层,其中的SiO₂层不仅具有减反射作用,还可以防止Ti⁴⁺扩散到VO₂层,使膜层同时具备热致变色性能和光催化性能。这些基于气相沉积技术制备的多层膜体系可以实现高的可见光透射率和太阳能转换效率,但在离子价态控制方面存在一定难度。更重要的是,气相沉积技术要求的高真空、高温条件,相对昂贵的设备,以及不适宜大面积镀膜等特点极大地限制了其规模化应用。

溶胶凝胶镀膜技术以其温和的制备条件、对膜层结构与性能强大的调控能力、适宜大面积与不规则基底镀膜、经济性等特点,近年来在薄膜制备领域受到了研究人员的青睐。本研究小组在前期的工作中,已通过溶液法将V⁴⁺稳定在柠檬酸氧钒铵[(NH₄)₄[V₂O₂(C₆H₄O₇)₂]·2H₂O(CA-V(IV))中,并以之作为前驱体直接制备了热致变色VO₂涂层^[20];在此基础上,本研究小组还初步尝试了介孔SiO₂/VO₂双层膜的制备,结果发现,介孔SiO₂膜层的涂覆可以提高VO₂膜层的可见光透射率^[21]。

本研究以前期合成的CA-V(IV)作为钒前驱体制备VO₂涂层,采用常规SiO₂涂层取代文献[ 21]中的介孔涂层,构建低成本SiO₂/VO₂双层膜体系;探讨SiO₂溶胶的制备工艺、双层膜的沉积工艺对SiO₂/VO₂双层膜结构、性能的影响作用及相关机理。本研究旨在为高性能VO₂基热致变色涂层的规模化生产提供一定的理论基础与技术依据。

2 实验部分

2.1 实验原料

硫酸氧钒(VOSO₄)购自Alfa Aesar,正硅酸乙酯(TEOS)购自Acros,乙醇、一水合柠檬酸(CA, C₆H₈O₇·H₂O)、浓氨水、浓盐酸均购自国药集团化学试剂有限公司。所有试剂均未经进一步纯化。

2.2 样品的制备

2.2.1 CA-V(IV)胶体的制备

根据文献[ 20]描述的方法制备CA-V(IV)前驱体;将1.5 g CA-V(IV)前驱体分散在30 mL水与30 mL乙醇形成的混合溶剂中,得到胶体后持续搅拌12 h,然后于室温下静置陈化7 d,得到CA-V(IV)胶体。

2.2.2 SiO₂胶体的制备

采用酸或碱催化TEOS的水解-缩聚过程是制备SiO₂溶胶常用的方法。

酸催化制备SiO₂胶体的方法如下:配制0.16 mol/L盐酸;将100 mL无水乙醇与10 mL 0.16 mol/L盐酸搅拌混合2 h;加入15 mL TEOS,持续搅拌12 h;然后于室温下陈化7 d。所得胶体简称为“酸胶”,用符号Sol_A表示。

碱催化制备SiO₂胶体的方法如下:将100 mL无水乙醇、1 mL浓氨水和2 mL去离子水搅拌混合2 h;加入15 mL TEOS持续搅拌12 h;然后于室温下陈化7 d。所得胶体简称为“碱胶”,用符号Sol_B表示。

2.2.3 双层膜的制备

双层膜的制备采用两种方案,如图1所示。

图 1. 双层膜的制备过程

Fig. 1. Preparation procedures of double-layer coatings

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方案1:采用旋涂法将CA-V(IV)胶体沉积在洁净的石英玻璃或硅基底上;将涂层于60 ℃下干燥10 min,然后在氩气气氛中于500 ℃下焙烧1 h,使CA-V(IV)转化为VO₂;采用旋涂法将SiO₂胶体涂覆于VO₂膜层表面,然后置于80 ℃的烘箱中干燥1 h,得到双层膜样品。样品编号分别为VS_A1与VS_B1,分别对应源于酸催化与碱催化SiO₂溶胶的双层膜样品(如表1所示)。该工艺通过中温焙烧先获得VO₂膜层,再于其上涂覆SiO₂膜层,故称其为VO₂单独烧成工艺。

方案2:采用旋涂法将CA-V(IV)胶体沉积在洁净的石英玻璃或硅基底上,涂层于60 ℃下干燥10 min;将SiO₂胶体沉积在CA-V(IV)膜层上,然后于氩气气氛中于500 ℃下焙烧1 h,得到双层膜样品。将样品分别标记为VS_A2与VS_B2,分别对应源于酸催化与碱催化SiO₂溶胶的双层膜样品(如表1所示)。在该工艺中,CA-V(IV)是在SiO₂膜层存在的情况下,与之一起经历中温焙烧而转变为VO₂的,因而称其为VO₂与SiO₂共烧成工艺。

表 1. 双层膜的制备条件

Table 1. Preparation conditions of double-layer coatings

Sample	Bottom layer		Top layer
Sample	CA-V(IV)	VO₂	Sol_A		Sol_B
VS_A1				√		√
VS_B1				√			√
VS_A2	√					√
VS_B2	√						√

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2.3 样品表征

采用英国Renishaw公司生产的Renishaw in-Via Reflex型显微共聚焦拉曼光谱仪对样品的物相组成进行分析,激光波长为532 nm,测试功率为6 mW。采用日本Hitachi公司生产的S4800场发射扫描电镜(SEM)观察涂层的表面与断面形貌。采用Vecco公司生产的Dimension 3100扫描探针显微镜(SPM)的原子力显微镜(AFM)功能观察涂层表面,然后计算其方均根粗糙度R_q。采用日本Hitachi公司生产的U-4100型紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)光谱仪测试样品在300~2500 nm范围内的透射率,样品温度分别为25 ℃和90 ℃(采用自制加热单元加热样品);计算涂层的可见光积分透射率、太阳能积分透射率,以及两个温度下的透射率之差,以表征涂层的热致变色性能和光学性能;以5.0 ℃的温度间隔采集2000 nm波长处的透射率,用以描述涂层的热滞回线。

3 结果与讨论

3.1 双层膜的物相组成

图2给出了样品的拉曼散射光谱分析结果,可见:样品的主要谱带位于193,223,260,308,338,388,438,496,616,816 cm^-1,这是单斜相VO₂的特征谱带^[22],表明涂层中的VO₂主要以单斜相存在。比较图中的4条谱线(VS_A1、VS_B1、VS_A2和VS_B2)不难发现,与采用VO₂与SiO₂共烧成工艺制备的样品(VS_A2和VS_B2)的谱线相比,采用VO₂单独烧成工艺制备的样品(VS_A1和VS_B1)的谱线表现出了更强的拉曼特征谱带,表明在单独烧成工艺制备的样品中,VO₂具有相对更高的晶化程度。

图 2. 样品的拉曼散射光谱图

Fig. 2. Raman scattering spectra of samples

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3.2 双层膜的表面与断面形貌

图3为样品表面与断面的SEM图像(内插图为断面图像)。样品表面的SEM图像显示:源于碱催化制备SiO₂溶胶的双层膜,其表面由纳米尺度的颗粒堆积而成,且颗粒大小较为均匀;源于酸催化制备SiO₂溶胶的双层膜,在其表面上难以观察到SiO₂颗粒。这与酸、碱催化条件下TEOS水解-缩聚机理的差异,以及由此引起的SiO₂溶胶中颗粒的大小与聚集状态的差异密切相关^[23]。样品断面的SEM图像显示:在采用VO₂单独烧成工艺制备的样品(VS_A1、VS_B1)中,VO₂与SiO₂膜层间的界面清晰,VO₂与SiO₂膜层的厚度分别为128 nm与132 nm、129 nm与139 nm;此外,在源于碱催化胶体的样品VS_B1的断面上可以观察到明显的SiO₂颗粒,膜层的致密度不及源于酸催化胶体的样品VS_A1;在采用VO₂与SiO₂共烧成工艺制备的样品VS_A2与VS_B2中,存在着严重的膜间渗透现象,以至于难以区分VO₂与SiO₂膜层,两层膜的总厚度分别为255 nm与259 nm。

图 3. 样品表面与断面的SEM图像。(a) VSA1;(b) VSB1;(c) VSA2;(d) VSB2

Fig. 3. Top-view and cross-section SEM images of samples. (a) VSA1; (b) VSB1; (c) VSA2; (d) VSB2

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图4为样品的AFM图像与方均根粗糙度R_q的计算结果,样品VS_A1、VS_B1、VS_A2、VS_B2的方均根粗糙度R_q分别为0.324,3.55,0.646,2.82 nm。可见,源于酸催化SiO₂溶胶的样品(VS_A1和VS_A2)比源于碱催化SiO₂溶胶的样品(VS_B1和VS_B2)具有更小的方均根粗糙度,这意味着源于酸催化的SiO₂溶胶的膜层表面更平整。此外,所有样品的方均根粗糙度均小于纯VO₂的方均根粗糙度(7.46 nm)^[21],表明双层膜具有良好的平整度,这对于实际应用中有效降低膜层的光散射损失具有重要意义。

图 4. 样品的AFM图像与Rq值。(a) VSA1;(b) VSB1;(c) VSA2;(d) VSB2

Fig. 4. AFM images and Rq values of samples. (a) VSA1; (b) VSB1; (c) VSA2; (d) VSB2

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3.3 双层膜的热致变色与光学性能

样品在25 ℃与90 ℃下的透射率曲线如图5所示,其中,实线对应的温度为25 ℃,虚线对应的温度为90 ℃,灰色实线为太阳能光谱辐照度(φ_sol)。基于透射率的测试结果,使用(1)~(2)式计算样品在两个温度下的可见光积分透射率T_vis与太阳能积分透射率T_sol;使用(3) ~ (4)式计算样品在两个温度下2000 nm处的透射率差ΔT₂₀₀₀与太阳能积分透射率差ΔT_sol,计算结果汇总于表2中,其中:T_vis,L与T_vis,H分别为涂层在25 ℃与90 ℃下的可见光积分透射率。

\begin{array}{l} T_{vis} = \int_{380}^{780} φ_{vis} (λ) T (λ) d λ / \int_{380}^{780} φ_{vis} (λ) d λ, (1) \\ T_{sol} = \int_{300}^{2500} φ_{sol} (λ) T (λ) d λ / \int_{300}^{2500} φ_{sol} (λ) d λ, (2) \\ Δ T_{2000} = T_{2000, L} - T_{2000, H}, (3) \\ Δ T_{sol} = T_{sol, L} - T_{sol, H}, (4) \end{array}

式中:T(λ)为波长λ处的透射率;φ_vis和φ_sol分别为可见光和太阳能光谱辐照度(大气质量为1.5,太阳位于水平线以上37°)^[24-25];T_2000,L和T_2000,H分别为涂层在25 ℃和90 ℃下于2000 nm波长处的透射率;T_sol,L和T_sol,H分别为涂层在25 ℃与90 ℃下的太阳能积分透射率。

图 5. 不同温度下样品的透射率曲线

Fig. 5. Transmittance curves of samples at different temperatures

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表 2. 样品的光学性能参数汇总

Table 2. Summary of optical parameters of samples%

Sample	T_vis,L	T_vis,H	T_2000,L	T_2000,H	ΔT₂₀₀₀	T_sol,L	T_sol,H	ΔT_sol
VO₂ (prepared)	55.6	55.5	86.2	41.3	44.9	62.8	54.3	8.5
VS_A1 (prepared)	67.1	65.9	86.1	43.7	42.4	70.7	62.6	8.1
VS_B1 (prepared)	68.4	66.4	87.3	47.7	39.6	72.0	63.6	8.4
VS_A2 (prepared)	79.3	77.9	90.1	70.6	19.5	82.5	77.9	4.6
VS_B2 (prepared)	83.9	80.3	93.6	75.7	17.9	85.5	78.9	4.0
porous V ${O_{2}}^{[27]}$	71.1	70.2				72.9	65.0	7.9
VO₂ nanoplate ^[26]	70.3				37.5			9.3
VO₂/Si ${O_{2}}^{[21]}$	80.0	78.9	92.6	63.6	29.0	81.7	71.5	10.2
VO₂/SiO₂/Ti ${O_{2}}^{[17]}$	17.8	18.2				28.8	13.6	15.2
TiO₂(R)/VO₂(M)/TiO₂(A)^[28]	30.1	27.8			49.5	33.8	23.6	10.2
VO₂-SiO₂^[29]	48.5	43.2			57.4	52.9	37.2	15.7

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图5与表2显示,在25 ℃下,双层膜样品VS_A1、VS_B1、VS_A2和VS_B2的可见光积分透射率T_vis,L分别为67.1%、68.4%、79.3%和83.9%,均高于VO₂单层膜的T_vis,L(55.6%),表明本研究中的双层膜设计可以显著提高膜层的可见光透射性能。此外,对比4个双层膜样品的T_vis,L不难发现:源于VO₂与SiO₂共烧成工艺的样品比源于VO₂单独烧成工艺的样品表现出了更高的可见光积分透射率;在双层膜沉积方案相同的条件下,源于碱催化SiO₂溶胶的双层膜样品具有相对更高的可见光积分透射率。

样品的热致变色性能采用高、低温(90,25 ℃)条件下,膜层在300~2500 nm波长范围内的透射率变化来表征。本研究采用样品在上述两个温度下的太阳能积分透射率差值ΔT_sol来表征其太阳能转换效率,采用2000 nm波长处的透射率差值ΔT₂₀₀₀来表征其近红外光调控能力。由表2可知:本研究制备的VO₂单层膜的太阳能转换效率ΔT_sol可达8.5%,其近红外调控能力ΔT₂₀₀₀为44.9%;经由VO₂单独烧成工艺制备的双层膜样品VS_A1、VS_B1,其太阳能转换效率ΔT_sol分别为8.1%、8.4%,近红外调控能力ΔT₂₀₀₀分别为42.4%、39.6%,均略低于VO₂单层膜的相应数值,这表明与VO₂单层膜相比,双层膜的热致变色性能略有降低;经由VO₂与SiO₂共烧成工艺制备的双层膜样品VS_A2、VS_B2,其太阳能转换效率ΔT_sol分别为4.6%、4.0%,近红外调控能力ΔT₂₀₀₀分别为19.5%、17.9%,两个性能参数值均显著低于VO₂单层膜的相应数值,表明与VO₂单层膜相比,双层膜的热致变色性能显著降低。

双层膜样品光学性能的上述差异与其微观结构密切相关。在源于VO₂单独烧成工艺的双层膜样品VS_A1、VS_B1中,VO₂的晶化程度较高(与VO₂单层膜的晶化程度相近);SiO₂与VO₂膜层间的界面清晰,无明显的膜层间渗透现象。这两方面的因素使得双层膜样品VS_A1、VS_B1在热致变色性能无明显损失的情况下,可见光透射率显著提高。其中,源于碱催化溶胶的样品VS_B1由于其SiO₂膜层更为疏松,因而具有更高的可见光透射率。在源于VO₂与SiO₂共烧成工艺的样品VS_A2、VS_B2中,膜层间的渗透现象比较严重,实际得到的是VO₂与SiO₂的混合膜层。膜层中SiO₂颗粒的存在阻碍了VO₂的晶化作用,致使膜层的热致变色性能显著降低。

本研究中基于VO₂单独烧成工艺制备的SiO₂/VO₂双层膜具有良好的综合性能,其近红外光调控能力优于很多文献报道的膜层体系,如采用水热法制备的VO₂纳米片涂层^[26]、采用溶液法制备的多孔VO₂涂层^[27]、采用中频反应磁控溅射法沉积的TiO₂(R)/VO₂(M)/TiO₂(A)多层膜^[28]等。虽然其热致变色性能不及经由常压化学气相沉积得到的VO₂/SiO₂/TiO₂涂层^[17],亦不及经由溶液法得到的VO₂-SiO₂复合膜^[29],但其可见光积分透射率显著高于这两个膜层体系。此外,本研究中双层膜的可见光积分透射率和太阳能转化效率均低于前期制备的介孔SiO₂-VO₂双层膜^[21],但介孔SiO₂膜层的制备需要昂贵的模板剂及繁琐的后处理工艺,因而不利于规模化应用。

3.4 双层膜的热滞回线

通过测量样品在升、降温过程(温度间隔为5.0 ℃)中于2000 nm波长处的透射率来绘制热滞回线,典型样品的实验结果示于图6与表3中。由图6可知:VO₂单层膜、源于碱催化SiO₂溶胶及VO₂单独烧成工艺制备的SiO₂/VO₂双层膜VS_B1均呈现出明显的热滞后现象,证明涂层中均有相变发生。采用T_h、T_c表示样品在升、降温过程中的相变温度(选取2000 nm波长处透射率降低一半时的温度为相变温度);采用T_t表示薄膜的相变温度,且T_t=(T_h+T_c)/2;采用ΔT表示热滞回线的宽度,且ΔT=T_h-T_c。表3显示,VO₂单层膜与VS_B1双层膜的T_c值相差不大(分别为43.1 ℃和43.9 ℃),但T_h值相差较大(分别为54.5 ℃与58.4 ℃),从而致使双层膜样品VS_B1的热滞回线宽度(14.5 ℃)明显大于VO₂单层膜(11.4 ℃)。当在VO₂表面涂覆SiO₂膜层后,由于热绝缘性SiO₂膜层的存在阻碍了膜层中的热传导^[30],进而影响了加热过程中的相变扩散,因而需要更高的温度才能使双层膜VS_B1中的VO₂发生相变。此外,虽然SiO₂膜层的引入使样品的相变温度(51.2 ℃)相比VO₂单层膜的相变温度(48.8 ℃)有所增加,但仍低于块体VO₂的相变温度(68 ℃),这可能与纳米尺度的膜层结构有关^[31-32]。本研究中样品的相变温度也明显低于文献报道的VO₂@SiO₂/PU复合膜的相变温度55.7 ℃^[25]以及VO₂-SiO₂复合膜的相变温度65.8 ℃^[28]。

图 6. 样品在升、降温过程中于2000 nm波长处的热滞回线

Fig. 6. Thermal hysteresis loops of samples at wavelength of 2000 nm during heating and cooling processes

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表 3. 样品在升、降温过程中于2000 nm波长处的热滞回线参数

Table 3. Parameters derived from hysteresis loops of samples at wavelength of 2000 nm during heating and cooling processes℃

Sample	Transition temperature			Hysteresis width ΔT
Sample	T_h	T_t	T_c	Hysteresis width ΔT
VO₂	54.5	48.8	43.1	11.4
VS_B1	58.4	51.2	43.9	14.5

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4 结论

采用溶胶凝胶镀膜技术制备了综合性能优良的SiO₂/VO₂热致变色涂层,该涂层的微观结构、热致变色性能和光学性能强烈地依赖于沉积工艺。采用VO₂单独烧成工艺制备的涂层具有界面清晰的双层结构,且VO₂的晶化程度较高,因而在热致变色性能无明显损失的情况下,可见光透射性能得到了显著提升,这得益于SiO₂膜层的引入。采用VO₂与SiO₂共烧成工艺制备的涂层,膜层间的渗透现象严重,SiO₂的存在阻碍了VO₂的晶化,致使涂层的热致变色性能与VO₂单层膜相比大幅下降。SiO₂/VO₂涂层的微观结构、热致变色性能和光学性能因SiO₂镀膜前驱溶胶的不同而略有差异。与源于酸催化SiO₂溶胶的样品相比,源于碱催化SiO₂溶胶的双层膜样品中的SiO₂膜层更疏松,表现出了相对更高的可见光透射性能。此外,SiO₂膜层的引入使得涂层的相变温度有所增加(约为2.4 ℃)。以柠檬酸氧钒铵溶胶与碱催化SiO₂溶胶为前驱体,采用VO₂单独烧成工艺制备的SiO₂/VO₂涂层具有良好的热致变色性能与可见光透射性能,其近红外光调控能力ΔT₂₀₀₀为39.6%,太阳能转换效率ΔT_sol为8.4%,25 ℃下的可见光积分透射率T_vis与太阳能积分透射率T_sol分别为68.4%、72.0%。

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[30] Chen H K, Hung H C. Yang T C K, et al. The preparation and characterization of transparent nano-sized thermochromic VO2-SiO2 films from the sol-gel process[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2004, 347(1/2/3): 138-143.

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刘鹏, 梁丽萍, 徐耀. 智能窗用热致变色SiO₂/VO₂双层膜的制备与性能[J]. 光学学报, 2019, 39(4): 0416001. Peng Liu, Liping Liang, Yao Xu. Preparation and Characteristics of SiO₂/VO₂ Double-Layer Thermochromic Coatings for Smart Window[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(4): 0416001.

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1 引言

2 实验部分

2.1 实验原料

2.2 样品的制备

图 1. 双层膜的制备过程

Fig. 1. Preparation procedures of double-layer coatings

表 1. 双层膜的制备条件

Table 1. Preparation conditions of double-layer coatings

2.3 样品表征

3 结果与讨论

3.1 双层膜的物相组成

图 2. 样品的拉曼散射光谱图

Fig. 2. Raman scattering spectra of samples

3.2 双层膜的表面与断面形貌

图 3. 样品表面与断面的SEM图像。(a) VSA1;(b) VSB1;(c) VSA2;(d) VSB2

Fig. 3. Top-view and cross-section SEM images of samples. (a) VSA1; (b) VSB1; (c) VSA2; (d) VSB2

图 4. 样品的AFM图像与Rq值。(a) VSA1;(b) VSB1;(c) VSA2;(d) VSB2

Fig. 4. AFM images and Rq values of samples. (a) VSA1; (b) VSB1; (c) VSA2; (d) VSB2

3.3 双层膜的热致变色与光学性能

图 5. 不同温度下样品的透射率曲线

Fig. 5. Transmittance curves of samples at different temperatures

表 2. 样品的光学性能参数汇总

Table 2. Summary of optical parameters of samples%

3.4 双层膜的热滞回线

图 6. 样品在升、降温过程中于2000 nm波长处的热滞回线

Fig. 6. Thermal hysteresis loops of samples at wavelength of 2000 nm during heating and cooling processes

表 3. 样品在升、降温过程中于2000 nm波长处的热滞回线参数

Table 3. Parameters derived from hysteresis loops of samples at wavelength of 2000 nm during heating and cooling processes℃

4 结论

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1 引言

2 实验部分

2.1 实验原料

2.2 样品的制备

图 1. 双层膜的制备过程

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表 1. 双层膜的制备条件

Table 1. Preparation conditions of double-layer coatings

2.3 样品表征

3 结果与讨论

3.1 双层膜的物相组成

图 2. 样品的拉曼散射光谱图

Fig. 2. Raman scattering spectra of samples

3.2 双层膜的表面与断面形貌

图 3. 样品表面与断面的SEM图像。(a) VSA1;(b) VSB1;(c) VSA2;(d) VSB2

Fig. 3. Top-view and cross-section SEM images of samples. (a) VSA1; (b) VSB1; (c) VSA2; (d) VSB2

图 4. 样品的AFM图像与Rq值。(a) VSA1;(b) VSB1;(c) VSA2;(d) VSB2

Fig. 4. AFM images and Rq values of samples. (a) VSA1; (b) VSB1; (c) VSA2; (d) VSB2

3.3 双层膜的热致变色与光学性能

图 5. 不同温度下样品的透射率曲线

Fig. 5. Transmittance curves of samples at different temperatures

表 2. 样品的光学性能参数汇总

Table 2. Summary of optical parameters of samples%

3.4 双层膜的热滞回线

图 6. 样品在升、降温过程中于2000 nm波长处的热滞回线

Fig. 6. Thermal hysteresis loops of samples at wavelength of 2000 nm during heating and cooling processes

表 3. 样品在升、降温过程中于2000 nm波长处的热滞回线参数

Table 3. Parameters derived from hysteresis loops of samples at wavelength of 2000 nm during heating and cooling processes℃

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