二氧化釩（VO₂）是一種具有熱致相變特性的過渡金屬氧化物，在68℃附近可發生由金屬態到半導體態的可逆相變，同時伴隨著光學、電學等性質的突變，因而在智能窗、激光防護膜、信息存儲、溫度傳感器以及光轉換器件等諸多領域存在應用價值。近年來，節能技術受到越來越多的關注，因而VO₂薄膜作為一種無需消耗其它能量，僅根據溫度變化就可控制太陽光透過率的智能窗鍍膜材料，成為領域內的研究熱點。從實際應用角度講，智能窗用VO₂薄膜還存在一系列問題，主要有薄膜可見光透過率較低、太陽能調節率不理想、本征的棕黃色在實際使用過程中視覺效果較差等。

針對VO₂熱致變色薄膜存在的問題，中國科學院理化技術研究所微納材料與技術研究中心設計并制備了一種可高效精準控制合成的SiO₂/TiO₂/VO₂三層空心納米球（TLHNs）和基于TLHNs的多功能涂層。其中內層氧化硅具有良好的減反性能，中層的氧化鈦具有光催化自清潔的性能，最外層的氧化釩具有良好的熱致變色效果。TLHNs涂層的低溫積分透光率為74%，太陽能調控效率為12%，在同類型多功能薄膜中為性能最優。此外，研究人員還提出了一種巧妙的計算模型，可以快速獲得復雜納米粒子組裝涂層的有效折射率(n_eff)。計算和實驗結果表明，相較致密平整的VO₂涂層，該工作提出的三層空心結構能夠顯著降低涂層在可見光區域的折射率（600 nm處由2.25降低至1.33）和反射率（平均反射率由22.3％降低至5.3％）。

(a) VO₂和SiO₂/TiO₂/VO₂ TLNHs涂層的高低溫透光率曲線，(b)/(c) TLNHs涂層的節能效果測試圖

這項工作為制備同時具有減反增透、自清潔和熱致變色三功能的復合涂層提供了新思路。相關研究成果以Three-Layered Hollow Nanospheres Based Coatings with Ultrahigh-Performance of Energy-Saving, Antirefection, and Self-Cleaning for Smart Windows 為題發表于近期出版的Small雜志（DOI: 10.1002/smll.201801661）。理化所研究員賀軍輝是該論文的通訊作者，助理研究員姚琳是該論文的第一作者。

相關研究工作得到國家自然科學基金（21571182）、國家重點研發計劃（2017YFA0207102）、中科院青年創新促進會（2016023）和理化所所長基金（2017-YL）的大力支持。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201801661 來源：理化所