一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法、產(chǎn)物及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在柔性云母襯底上直接沉積晶態(tài)二氧化釩薄膜的制備方法、產(chǎn)物及應(yīng)用。所述方法是在云母片襯底上生長(zhǎng)一層厚度、柔韌度及透光性可調(diào)的二氧化釩薄膜，并通過(guò)剝離的方式調(diào)節(jié)產(chǎn)物的柔韌性等性能。所述產(chǎn)物具有高透明性、高柔韌度、可轉(zhuǎn)移性及紅外調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，可應(yīng)用于柔性智能窗、紅外激光防護(hù)、節(jié)能涂層、光開關(guān)等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法、產(chǎn)物及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能性薄膜制備及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種具有柔性、可轉(zhuǎn)移性二氧化釩薄膜及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化釩是一種具有金屬一絕緣轉(zhuǎn)變的過(guò)渡金屬氧化物。在相變溫度68 °C附近其晶體結(jié)構(gòu)可從絕緣單斜相向金屬四方相可逆轉(zhuǎn)變，且伴隨著3-5個(gè)數(shù)量級(jí)的電阻躍變和優(yōu)異的紅外開關(guān)性能。其在節(jié)能智能窗、光電開關(guān)、紅外成像、光敏電阻、光存儲(chǔ)、紅外激光防護(hù)等等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。正是由于這些杰出的性質(zhì)，自從上世紀(jì)50年代美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室第一次發(fā)現(xiàn)二氧化釩以來(lái)就吸引了各國(guó)物理、化學(xué)、材料等相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
[0003]對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的二氧化釩薄膜，常常需要在襯底上進(jìn)行制備?，F(xiàn)有技術(shù)比如化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、射頻磁控濺射以及分子束外延等等方法均可以制備出優(yōu)良性能的二氧化釩薄膜。采用這些方法制備時(shí)需要在高溫環(huán)境中，所以襯底一般選擇耐高溫的剛性基片，比如監(jiān)寶石、一■氧化欽、一■氧化娃等等，不耐尚溫的柔性尚分子塑料基底不能米用。然而實(shí)際應(yīng)用中急切需要柔性的二氧化釩薄膜，現(xiàn)在常用的方法是制備二氧化釩涂料，然后涂抹在柔性高分子塑料基底上。這種方法卻有著不均勻、薄膜質(zhì)量差、附著力弱等不可忽視的缺點(diǎn)。解決這些不足的最好方法就是在柔性耐高溫襯底上直接制備高質(zhì)量的二氧化釩薄膜。
[0004]鑒于以上原因，我們選擇云母作為襯底。云母是地球上最常見的礦物之一，儲(chǔ)量豐富，價(jià)格便宜，無(wú)毒環(huán)保。可以沿著表面進(jìn)行剝離，具有優(yōu)異的可見光透明度和良好的柔韌性，最重要的是高溫時(shí)很穩(wěn)定，紅外透過(guò)率高。然而云母的晶格與二氧化釩晶格失配，在云母襯底上制備二氧化釩鮮有報(bào)道。因此，發(fā)明一種在云母襯底上直接制備高質(zhì)量二氧化釩薄膜的可靠方法對(duì)于柔性二氧化釩薄膜的實(shí)際應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種全新的制備柔性二氧化釩薄膜方法，不僅可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而且可以顯著提高所制備柔性二氧化釩薄膜的質(zhì)量。本發(fā)明開發(fā)了一種通過(guò)分子束外延方法直接在云母襯底上制備高質(zhì)量柔性二氧化釩薄膜的方法，制備出的二氧化釩薄膜柔韌性好、顏色均勻、結(jié)晶性好。
[0006]為了解決柔性二氧化釩薄膜的生產(chǎn)問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種采用云母為襯底，通過(guò)分子束外延的方法制備高質(zhì)量柔性二氧化釩薄膜。該方法工藝簡(jiǎn)單、原材料便宜、無(wú)毒環(huán)保，所得薄膜柔韌性好、可轉(zhuǎn)移、紅外調(diào)控顯著。
[0007]本發(fā)明制備方法如下:
一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，包括如下步驟:
步驟1:選取云母片為襯底，并通過(guò)剝離表面污染層的方式對(duì)云母片進(jìn)行潔凈處理； 步驟2:將由步驟I獲得的云母片安置在分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)加熱臺(tái)上;隨后關(guān)閉分子束外延生長(zhǎng)室，并抽真空；
步驟3:用分子束外延生長(zhǎng)室自帶的擋板遮擋住云母襯底，令分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)并升溫加熱，直至云母片被加熱至500?650°C，保持該溫度和旋轉(zhuǎn)；
步驟4:將釩源安裝至電子加熱槍中，并啟動(dòng)電子加熱槍內(nèi)的高壓電子束發(fā)生模塊;通過(guò)高壓電子束發(fā)生模塊產(chǎn)生的電子束對(duì)釩源進(jìn)行加熱，使被加熱的釩源發(fā)射出釩原子束流；
步驟5:通入純度不小于3N的氧氣;并使用射頻離解設(shè)備產(chǎn)生高穩(wěn)定性的氧原子束流；優(yōu)選的射頻離解設(shè)備為SVT Associates RF-4.5 Plasma Source ；
步驟6:待步驟4的f凡原子束流、步驟5氧原子束流均穩(wěn)定后，打開擋板，銀原子束流和氧原子束流在云母片襯底處交匯，在云母片襯底的表面生長(zhǎng)出二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間不少于5分鐘，生長(zhǎng)出的二氧化釩薄膜厚度不小于5納米，分子束外延生長(zhǎng)室內(nèi)的真空度維持在1x10—4Pa 至 Ix 10—2Pa之間；
步驟7:關(guān)閉電子束發(fā)生模塊，停止產(chǎn)生釩原子束流;停止向分子束外延生長(zhǎng)室通入氧氣;將由步驟6獲得的云母片襯底表面附著的二氧化釩薄膜自然冷卻到200°C以下后，打開分子束外延生長(zhǎng)室，取出云母片襯底表面附著的二氧化釩薄膜；
步驟8:根據(jù)步驟7獲得的附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的總厚度，確定是否需要去除部分云母片襯底:
如需要去除，則將二氧化釩薄膜從云母片襯底上剝離，該剝離的二氧化釩薄膜即為柔性二氧化釩薄膜成品；
反之，該附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜即為柔性二氧化釩薄膜成品。
[0008]采用本發(fā)明所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法獲得的產(chǎn)物，該產(chǎn)物能夠轉(zhuǎn)移到其他物體表面;所述薄膜對(duì)紅外透射率的調(diào)控性能大于5%;相變時(shí)電阻跳變不少于兩個(gè)量級(jí);表面平均粗糙的小于2納米;二氧化釩膜的結(jié)晶度超過(guò)30%。
[0009]附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的參數(shù)性能為:總厚度大于50微米;柔韌度小于20%;可見光透射率小于30%，紅外透射率小于60%;尺寸小于2英寸直徑的圓片；
剝離云母片襯底后的二氧化釩薄膜的參數(shù)性能為:總厚度小于50微米;可見光透射率大于40%，紅外透射率超過(guò)70%;形狀任意，尺寸小于2英寸直徑的圓片。
[0010]采用本發(fā)明所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法獲得的產(chǎn)物的應(yīng)用，所述附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜和/或?qū)⒏街膭冸x云母片襯底后的二氧化釩薄膜用于柔性智能窗、紅外激光防護(hù)、節(jié)能涂層、光開關(guān)領(lǐng)域。
[0011]更進(jìn)一步說(shuō)，采用本發(fā)明所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，典型的實(shí)施步驟如下:
1)將潔凈的云母襯底傳送至高真空生長(zhǎng)室，壓強(qiáng)好于IX 10—5Pa。旋轉(zhuǎn)襯底，加熱到500?650 Γ;
2)制備二氧化釩薄膜:將釩原子束和氧原子束噴射到步驟I)中所述襯底上進(jìn)行反應(yīng)，控制釩原子束流速度在9?15埃/分鐘，氧原子束流速度在3.5?4.5sCCm，控制生長(zhǎng)時(shí)間，從而控制所制備薄膜的厚度；
3)將溫度降到200°C以下，取出制備的二氧化釩薄膜，剝?nèi)〔煌暮穸鹊玫讲煌犴g度的二氧化釩薄膜。
[0012]其中，步驟I)所述真空度優(yōu)選為好于7X 10—6Pa，旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選為3-6轉(zhuǎn)/分鐘，溫度優(yōu)選為550?650°C。
[0013]步驟2)中:優(yōu)選的，釩原子束按照以下方法得到:電子束加熱蒸發(fā)金屬釩；
所述氧原子束按照以下方法得到:RF射頻離解氧氣。
[0014]所述RF射頻離解氧氣中，氧氣的進(jìn)氣速率優(yōu)選為3.8?4.5sCCm。
[0015]所述生長(zhǎng)時(shí)間一般為10?60分鐘，二氧化釩薄膜沉積厚度優(yōu)選為30?60納米。
[0016]步驟3)中，溫度優(yōu)選為150?180°C。需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)步驟I)所用的云母襯底滿足指定柔韌性需要時(shí)，可以不進(jìn)行剝離這一步驟。
[0017]現(xiàn)有二氧化釩薄膜大部分生長(zhǎng)在昂貴的剛性襯底上，如Al2O3、T12、MgF2等等，不具備柔韌性;通過(guò)轉(zhuǎn)移到柔性高分子襯底上的柔性二氧化釩薄膜工藝復(fù)雜、附著力差、薄膜結(jié)晶度低，不可剝離。本發(fā)明制備的柔性二氧化釩薄膜，十分均勻致密，結(jié)晶度超過(guò)30%?？山?jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的剝離云母襯底實(shí)現(xiàn)不同的柔韌性，可以用于各種凹凸表面。相變前后電阻躍變超過(guò)兩個(gè)量級(jí)，對(duì)紅外透射率的調(diào)控性能大于20%，表面平均粗糙的小于2納米。
[0018]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.工藝簡(jiǎn)單，所選用的云母襯底價(jià)格便宜，無(wú)毒環(huán)保；
2.薄膜厚度可調(diào)，5.0?200.0納米；
3.可以制備柔韌性超過(guò)20%(卷繞法)的二氧化釩薄膜；
4.薄膜相變前后性能顯著，既具有超過(guò)兩個(gè)量級(jí)的電阻躍變又有超過(guò)20%的紅外透射調(diào)控性能。
[0019]通過(guò)以上方法制備的柔性二氧化釩薄膜，可用于柔性智能窗、紅外激光防護(hù)、節(jié)能涂層、光開關(guān)等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)施例1所制備的二氧化釩薄膜的實(shí)物照片圖，可以看見十分均勻致密；
圖2為實(shí)際剝?nèi)∷苽涠趸C薄膜過(guò)程圖，可通過(guò)簡(jiǎn)單的剝離達(dá)到不同的柔韌度；
圖3展示了得到的柔性二氧化釩薄膜，彎折明顯。
[0021]圖4為實(shí)施例1所制備的柔性二氧化釩薄膜溫度一電阻曲線圖，可以看見在65°C-70°C附近電阻從兆歐母級(jí)跳變到百歐母級(jí)，跳變超過(guò)3個(gè)量級(jí)；
圖5為實(shí)施例1所制備的柔性二氧化釩相變前后紫外一可見一紅外透射譜圖，可以看見在2000納米波長(zhǎng)時(shí)，其透射率從70%降低為30%，變化達(dá)到40%。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，這些實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]—種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
步驟1:選取云母片為襯底，并通過(guò)剝離表面污染層的方式對(duì)云母片進(jìn)行潔凈處理；步驟2:將由步驟I獲得的云母片安置在分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)加熱臺(tái)上;隨后關(guān)閉分子束外延生長(zhǎng)室，并抽真空;所述分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)臺(tái)具有加熱功能；
步驟3:用分子束外延生長(zhǎng)室自帶的擋板遮擋住云母襯底，令分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)并升溫加熱，直至云母片被加熱至500?650°C，保持該溫度和旋轉(zhuǎn)；
步驟4:將釩源安裝至電子加熱槍中，并啟動(dòng)電子加熱槍內(nèi)的高壓電子束發(fā)生模塊;優(yōu)選的電子加熱槍為Spellman STA 4 kff Power;電子加熱槍的優(yōu)選工作電流為10A;通過(guò)高壓電子束發(fā)生模塊產(chǎn)生的電子束對(duì)釩源進(jìn)行加熱，使被加熱的釩源發(fā)射出釩原子束流；步驟5:通入純度不小于3N的氧氣，并使用射頻離解設(shè)備產(chǎn)生高穩(wěn)定性的氧原子束流；優(yōu)選的方案為，氧氣采用6N的純度，射頻離解設(shè)備為SVT Associates RF-4.5 PlasmaSource；
需要指明的是，在本發(fā)明中，在云母片襯底有阻擋的前提下，步驟4、步驟5的順序可以顛倒。
[0024]步驟6:待步驟4的釩原子束流、步驟5氧原子束流均穩(wěn)定后，打開擋板，釩原子束流和氧原子束流在云母片襯底處交匯，在云母片襯底的表面生長(zhǎng)出二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間不少于5分鐘，生長(zhǎng)出的二氧化釩薄膜厚度不小于5納米，分子束外延生長(zhǎng)室內(nèi)的真空度維持在IxlO—4Pa至Ix 10—2Pa之間；
步驟7:關(guān)閉電子束發(fā)生模塊，停止產(chǎn)生釩原子束流;停止向分子束外延生長(zhǎng)室通入氧氣;將由步驟6所獲得的附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜自然冷卻到200°C以下后，打開分子束外延生長(zhǎng)室，取出附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜；
步驟8:根據(jù)步驟7獲得的附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的總厚度，確定是否需要去除云母片襯底:
如需要去除，則將二氧化釩薄膜從云母片襯底上剝離，該剝離的二氧化釩薄膜即為柔性二氧化釩薄膜成品；
反之，該附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜即為柔性二氧化釩薄膜成品。
[0025]進(jìn)一步說(shuō)，若總厚度50微米以下(云母片襯底的厚度與二氧化釩薄膜的厚度之和)，則該附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜即為成品；
若總厚度在50微米以上，則將二氧化釩薄膜從云母片襯底上剝離，獲得柔性二氧化釩薄膜成品。
[0026]進(jìn)一步說(shuō)，在步驟I中，所用的云母片是白云母、金云母、絹云母、綠云母、鋰云母、鐵鋰云母、或黑云母;所用的云母片大小不超過(guò)直徑2英寸圓片，厚度不超過(guò)200微米；
在步驟2中，分子束外延生長(zhǎng)室，即真空室，其背底真空度不大于10—5Pa;
在步驟3中，旋轉(zhuǎn)速度不超過(guò)10轉(zhuǎn)/分鐘；
在步驟4中，釩原子束流大小為9?15埃/分鐘；
在步驟5中，氧原子束流大小為3.5?4.5sccm;
進(jìn)一步說(shuō)，在步驟6中，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)時(shí)間，從而控制所制備二氧化釩薄膜的厚度。
[0027]進(jìn)一步說(shuō)，通過(guò)剝離不同厚度的云母襯底得到最終的不同柔韌度的二氧化釩薄膜;在采用卷繞法的測(cè)試條件下，由本方法制得的二氧化釩薄膜的柔韌度在20%以上。即本發(fā)明所述的對(duì)附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的剝離，是通過(guò)減小/打薄/剝掉云母片的方式實(shí)現(xiàn)的，換言之，本發(fā)明的產(chǎn)物上仍存留少量的云母層，二氧化釩薄膜的厚度不變。
[0028]進(jìn)一步說(shuō)，釩源為釩粉，且釩粉的純度不小于99.99%;步驟5中使用的氧氣的純度高于6N。
[0029]進(jìn)一步說(shuō)，二氧化釩薄膜厚度為5.0?200.0納米。
[0030]進(jìn)一步說(shuō)，自附著云母片襯底的柔韌性二氧化釩薄膜上剝離掉的云母厚度不超過(guò)云母片襯底自身的厚度。
[0031]采用本發(fā)明所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法獲得的產(chǎn)物，可轉(zhuǎn)移到其他物體表面;所述薄膜對(duì)紅外透射率的調(diào)控性能大于5%;相變時(shí)電阻跳變不少于兩個(gè)量級(jí);表面平均粗糙的小于2納米;二氧化釩膜的結(jié)晶度超過(guò)30%。
[0032]附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的參數(shù)性能為:總厚度大于50微米;柔韌度小于20%;可見光透射率小于30%，紅外透射率小于60%;尺寸小于2英寸直徑的圓片；
剝離云母片襯底后的二氧化釩薄膜的參數(shù)性能為:總厚度小于50微米;可見光透射率大于40%，紅外透射率超過(guò)70%;形狀任意，尺寸小于2英寸直徑的圓片。本處所說(shuō)的剝離，并不是把云母襯底徹底剝薄，而是把云母襯底局部剝掉;換言之，在二氧化釩薄膜上仍存在少量的云母襯底。
[0033]采用本發(fā)明所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法獲得的產(chǎn)物的應(yīng)用，所述附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜和/或?qū)⒏街脑颇钙r底剝離掉后的二氧化釩薄膜用于柔性智能窗、紅外激光防護(hù)、節(jié)能涂層、光開關(guān)領(lǐng)域。
[0034]實(shí)施例1
選取2英寸圓形云母作為襯底，用鑷子或膠帶剝離云母表面污染層。迅速放入分子束外延設(shè)備進(jìn)樣室。
[0035]將云母襯底傳送到分子束外延設(shè)備的生長(zhǎng)室，此時(shí)生長(zhǎng)室的真空度為5.5 X 10 一6Pa，然后將襯底以4轉(zhuǎn)/分鐘的速率勻速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)襯底以300C/分鐘的加熱速率進(jìn)行加熱，升溫至550 °C。
[0036]打開氧氣閥門通入純度為6N(99.9999%)的高純氧氣，調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)使氧氣流量保持在4.5SCCm，開啟RF射頻源，調(diào)節(jié)射頻功率使氧氣充分離解為高活性氧原子束。打開電子槍進(jìn)行加熱，蒸發(fā)純度為99.99%金屬釩使其產(chǎn)生釩原子束，并用石英晶振膜厚儀測(cè)量其速率，并調(diào)節(jié)電子束蒸發(fā)源的功率使其產(chǎn)生穩(wěn)定的釩原子束流，速率為15埃/分鐘。
[0037]打開擋板，將金屬釩原子束和氧原子束噴射到襯底表面反應(yīng)沉積，生長(zhǎng)形成二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間為20分鐘。
[0038]生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束后，首先關(guān)閉金屬釩原子束，再關(guān)閉RF射頻源，但繼續(xù)向反應(yīng)室通入氧氣，同時(shí)自然降溫至180°C，最后關(guān)閉氧氣。取出二氧化釩薄膜，參見圖1。
[0039]用鑷子或膠帶剝?nèi)?0微米厚的二氧化釩薄膜，得到柔韌度較低的柔性二氧化釩薄膜，參見圖2。
[0040]實(shí)施例2
選取2英寸圓形云母作為襯底，用鑷子或膠帶剝離云母表面污染層。迅速放入分子束外延設(shè)備進(jìn)樣室。
[0041]將云母襯底傳送到分子束外延設(shè)備的生長(zhǎng)室，此時(shí)生長(zhǎng)室的真空度為5.5 X 10 一6Pa，然后將襯底以4轉(zhuǎn)/分鐘的速率勻速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)襯底以300C/分鐘的加熱速率進(jìn)行加熱，升溫至550 °C。
[0042]打開氧氣閥門通入純度為6N(99.9999%)的高純氧氣，調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)使氧氣流量保持在4.5SCCm，開啟RF射頻源，調(diào)節(jié)射頻功率使氧氣充分離解為高活性氧原子束。打開電子槍進(jìn)行加熱，蒸發(fā)純度為99.99%金屬釩使其產(chǎn)生釩原子束，并用石英晶振膜厚儀測(cè)量其速率，并調(diào)節(jié)電子束蒸發(fā)源的功率使其產(chǎn)生穩(wěn)定的的釩原子束流，速率為15埃/分鐘。
[0043]打開擋板，將金屬釩原子束和氧原子束噴射到襯底表面反應(yīng)沉積，生長(zhǎng)形成二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間為20分鐘。
[0044]生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束后，首先關(guān)閉金屬釩原子束，再關(guān)閉RF射頻源，但繼續(xù)向反應(yīng)室通入氧氣，同時(shí)自然降溫至180°C，最后關(guān)閉氧氣。取出二氧化釩薄膜。
[0045]用鑷子或膠帶剝?nèi)?0微米厚的二氧化釩薄膜，得到柔性二氧化釩薄膜，參見圖3。
[0046]實(shí)施例3
選取IcmX Icm方形云母作為襯底，用鑷子或膠帶剝離云母表面污染層。迅速放入分子束外延設(shè)備進(jìn)樣室。
[0047]將云母襯底傳送到分子束外延設(shè)備的生長(zhǎng)室，此時(shí)生長(zhǎng)室的真空度為5.5 X 10 一6Pa，不旋轉(zhuǎn)襯底，對(duì)襯底以30 °C/分鐘的加熱速率進(jìn)行加熱，升溫至600 V。
[0048]打開氧氣閥門通入純度為6N(99.9999%)的高純氧氣，調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)使氧氣流量保持在3.8SCCm，開啟RF射頻源，調(diào)節(jié)射頻功率使氧氣充分離解為高活性氧原子束。打開電子槍進(jìn)行加熱，蒸發(fā)純度為99.99%金屬釩使其產(chǎn)生釩原子束，并用石英晶振膜厚儀測(cè)量其速率，并調(diào)節(jié)電子束蒸發(fā)源的功率使其產(chǎn)生穩(wěn)定的的釩原子束流，速率為12埃/分鐘。
[0049]打開擋板，將金屬釩原子束和氧原子束噴射到襯底表面反應(yīng)沉積，生長(zhǎng)形成二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間為45分鐘。
[0050]生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束后，首先關(guān)閉金屬釩原子束，再關(guān)閉RF射頻源，但繼續(xù)向反應(yīng)室通入氧氣，同時(shí)自然降溫至180°C，最后關(guān)閉氧氣。取出二氧化釩薄膜。
[0051]用鑷子或膠帶剝?nèi)?0微米的二氧化釩薄膜，最后得到柔性二氧化釩薄膜。
[0052]實(shí)施例4
選取IcmX Icm方形云母作為襯底，用鑷子或膠帶剝離云母襯底到40微米厚度。將剝離過(guò)的干凈表面朝下，迅速放入分子束外延設(shè)備進(jìn)樣室。
[0053]將云母襯底傳送到分子束外延設(shè)備的生長(zhǎng)室，此時(shí)生長(zhǎng)室的真空度為5.5 X 10 一6Pa，不旋轉(zhuǎn)襯底，對(duì)襯底以30 °C/分鐘的加熱速率進(jìn)行加熱，升溫至580 V。
[0054]打開氧氣閥門通入純度為6N(99.9999%)的高純氧氣，調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)使氧氣流量保持在3.8SCCm，開啟RF射頻源，調(diào)節(jié)射頻功率使氧氣充分離解為高活性氧原子束。打開電子槍進(jìn)行加熱，蒸發(fā)純度為99.99%金屬釩使其產(chǎn)生釩原子束，并用石英晶振膜厚儀測(cè)量其速率，并調(diào)節(jié)電子束蒸發(fā)源的功率使其產(chǎn)生穩(wěn)定的，速率為12埃/分鐘。
[0055]打開擋板，將金屬釩原子束和氧原子束噴射到襯底表面反應(yīng)沉積，生長(zhǎng)形成二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間為45分鐘。
[0056]生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束后，首先關(guān)閉金屬釩原子束，再關(guān)閉RF射頻源，但繼續(xù)向反應(yīng)室通入氧氣，同時(shí)自然降溫至180°C，最后關(guān)閉氧氣。
[0057]取出所制備的柔性二氧化釩薄膜。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I:選取云母片為襯底，并通過(guò)剝離表面污染層的方式對(duì)云母片進(jìn)行潔凈處理； 步驟2:將由步驟I獲得的云母片安置在分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)加熱臺(tái)上；隨后關(guān)閉分子束外延生長(zhǎng)室，并抽真空； 步驟3:用分子束外延生長(zhǎng)室自帶的擋板遮擋住云母襯底，令分子束外延生長(zhǎng)室的旋轉(zhuǎn)臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)并升溫加熱，直至云母片被加熱至500?650°C，保持該溫度和旋轉(zhuǎn)； 步驟4:將釩源安裝至電子加熱槍中，并啟動(dòng)電子加熱槍內(nèi)的高壓電子束發(fā)生模塊;通過(guò)高壓電子束發(fā)生模塊產(chǎn)生的電子束對(duì)釩源進(jìn)行加熱，使被加熱的釩源發(fā)射出釩原子束流；步驟5:通入純度不小于3N的氧氣，并使用射頻離解設(shè)備產(chǎn)生高穩(wěn)定性的氧原子束流；步驟6:待步驟4的f凡原子束流、步驟5氧原子束流均穩(wěn)定后，打開擋板，銀原子束流和氧原子束流在云母片襯底處交匯，在云母片襯底的表面生長(zhǎng)出二氧化釩薄膜，生長(zhǎng)時(shí)間不少于5分鐘，生長(zhǎng)出的二氧化釩薄膜厚度不小于5納米，分子束外延生長(zhǎng)室內(nèi)的真空度維持在1x10—4Pa 至 Ix 10—2Pa之間； 步驟7:關(guān)閉電子束發(fā)生模塊，停止產(chǎn)生釩原子束流;停止向分子束外延生長(zhǎng)室通入氧氣;將由步驟6所獲得附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜自然冷卻到200°C以下后，打開分子束外延生長(zhǎng)室，取出表面附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜； 步驟8:根據(jù)步驟7獲得的附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的總厚度，確定是否需要去除部分云母片襯底: 如需要去除，則將二氧化釩薄膜從云母片襯底上剝離，該剝離的二氧化釩薄膜即為柔性二氧化釩薄膜成品； 反之，該附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜即為柔性二氧化釩薄膜成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于:若云母片襯底的厚度在50微米以下，則該附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜即為成品；若云母片襯底的厚度在50微米以上，則將二氧化釩薄膜從云母片襯底上剝離，獲得柔性二氧化釩薄膜成品O3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于:在步驟I中，所用的云母片是白云母、金云母、絹云母、綠云母、鋰云母、鐵鋰云母、或黑云母;所用的云母片大小不超過(guò)直徑2英寸圓片，厚度不超過(guò)200微米;在步驟2中，分子束外延生長(zhǎng)室，即真空室，其背底真空度不大于10—5Pa;在步驟3中，旋轉(zhuǎn)速度不超過(guò)10轉(zhuǎn)/分鐘;在步驟4中，釩原子束流大小為9?15埃/分鐘;在步驟5中，氧原子束流大小為3.5?4.5SCCm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，在步驟6中，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)時(shí)間，從而控制所制備二氧化釩薄膜的厚度。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，通過(guò)剝離不同厚度的云母襯底得到最終的不同柔韌度的二氧化釩薄膜;在采用卷繞法的測(cè)試條件下，由本方法制得的二氧化釩薄膜的柔韌度在20%以上。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，釩源為釩粉，且釩粉的純度不小于99.99%;步驟5中使用的氧氣的純度6N。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，沉積的二氧化釩薄膜厚度為5.0?200.0納米。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，自附著云母片襯底的柔韌性二氧化釩薄膜上剝離掉的云母厚度不超過(guò)云母片襯底自身的厚度。9.采用權(quán)利要求1至8任一所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法獲得的產(chǎn)物，其特征在于，柔韌性二氧化釩薄膜能夠轉(zhuǎn)移到其他物體表面;所述薄膜對(duì)紅外透射率的調(diào)控性能大于5%;相變時(shí)電阻跳變不少于兩個(gè)量級(jí);表面平均粗糙度小于2.0納米;二氧化釩膜的結(jié)晶度超過(guò)30%; 附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜的參數(shù)性能為:總厚度大于50微米；柔韌度小于20%;可見光透射率小于30%，紅外透射率小于60%;尺寸小于2英寸直徑的圓片； 剝離云母片襯底后的二氧化釩薄膜的參數(shù)性能為:總厚度小于50微米;可見光透射率大于40%，紅外透射率超過(guò)70%;形狀任意，尺寸小于2英寸直徑的圓片。10.采用權(quán)利要求1至8任一所述的一種柔性二氧化釩薄膜的制備方法獲得的產(chǎn)物的應(yīng)用，其特征在于，所述附著有云母片襯底的二氧化釩薄膜和/或?qū)冸x云母片襯底后的二氧化釩薄膜用于柔性智能窗、紅外激光防護(hù)、節(jié)能涂層、光開關(guān)領(lǐng)域。
【文檔編號(hào)】C23C14/08GK105887016SQ201610355319
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】鄒崇文, 陳宇糧, 陳實(shí), 樊樂(lè)樂(lè)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)