二氧化釩
關(guān)注創(chuàng)建者：opt-simul 創(chuàng)建時(shí)間：2022-04-13
二氧化釩的實(shí)例教程
二氧化釩的性質(zhì)：
二氧化釩（VK-V01）分子式為VO2，分子量為82.94。為深藍(lán)色晶體粉末，單斜晶系結(jié)構(gòu)。不溶于水，易溶于酸和堿中。溶于酸時(shí)不能生成四價(jià)離子，而生成正二價(jià)的釩氧離子。在干的氫氣流中加熱至赤熱時(shí)被還原成三氧化二釩，也可被空氣或硝酸氧化生成五氧化二釩，溶于堿中生成亞釩酸鹽。可由碳、一氧化碳或草酸還原五氧化二釩制得。用作玻璃、陶瓷著色劑。
二氧化釩（VK-V01）是一種具有相變性質(zhì)的金屬氧化物，其相變溫度為68℃，相變前后結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致對紅外光由透射向反射的可逆轉(zhuǎn)變，人們根據(jù)這一特性將其應(yīng)用于制備智能控溫薄膜領(lǐng)域。由于其優(yōu)異的導(dǎo)電特性，也同時(shí)應(yīng)用于電子器件。
氧化釩材料在相對低的溫度下作為絕緣體時(shí)，呈現(xiàn)出多相競爭的現(xiàn)象。然而，自20世紀(jì)60年代人們開始研究二氧化釩以來，這奇異的相行為一直不為人們所掌握。美國科學(xué)家2010年11月23日表示，通過對二氧化釩相變(從金屬到絕緣體)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，他們揭開了困擾學(xué)術(shù)界數(shù)十年的謎團(tuán)。他們發(fā)現(xiàn)二氧化釩發(fā)生的多相競爭現(xiàn)象純粹是由晶格對稱所引起的，并認(rèn)為在冷卻時(shí)二氧化釩（VK-V01）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)象是二氧化釩不同的折疊形態(tài)。
展開 例如，2014年，研究人員制作了一種由二氧化釩等離子體材料制成的200 nm太赫茲光開關(guān)。二氧化釩顯示出在不透明金屬相和透明半導(dǎo)體相之間轉(zhuǎn)換的能力。
二氧化釩納米粒子沉積在玻璃基板上，并與充當(dāng)?shù)入x子體光電陰極的金納米粒子疊加。隨后，研究人員施加了短激光脈沖，使自由電子從金納米粒子跳到二氧化釩超材料上，從而產(chǎn)生短暫的相變。
二氧化釩開關(guān)與現(xiàn)有的硅基芯片兼容，并在光譜的近紅外和可見區(qū)域工作。近紅外光對于電信和光通信至關(guān)重要，而可見光對于傳感器和顯微鏡至關(guān)重要。
表面等離子體光子學(xué)超材料還可以幫助磁盤上的熱輔助磁存儲器的存儲——通過在寫入時(shí)加熱磁盤上的小點(diǎn)來增加存儲器存儲。
顯微鏡
亞波長表面等離子體光子學(xué)的一個(gè)顯著應(yīng)用是超出光衍射極限的顯微鏡應(yīng)用。該衍射極限使傳統(tǒng)顯微鏡（顯示正折射率）無法分辨小于一半的光波長的物體。
由負(fù)折射率表面等離子體光子學(xué)材料制成的透鏡可以解決衍射極限問題，產(chǎn)生能夠捕獲傳統(tǒng)顯微鏡視野之外的空間信息的超透鏡，其應(yīng)用于光開關(guān)、光電探測器、調(diào)制器和定向光發(fā)射器。
表面等離子體光子學(xué)的未來
在過去幾十年中，半導(dǎo)體行業(yè)在將電子器件縮小到納米級方面取得了巨大進(jìn)步。然而，在追求10GHz以上的電路時(shí)，信號延遲問題會帶來重大挑戰(zhàn)。
雖然光子器件提供了巨大的帶寬，但衍射限制了光子組件的尺寸。而表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)，在微觀尺度（百萬分之一米）的光子學(xué)領(lǐng)域和納米尺度（十億分之一米）的電子領(lǐng)域之間架起了橋梁。
隨著研究人員能夠使用石墨烯等新型超材料，表面等離子體光子學(xué)的未來前景一片光明。一旦企業(yè)能夠生產(chǎn)出穩(wěn)健、可靠且價(jià)格合理的等離子體器件，表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)將成為為新一代10GHz+集成電路板提供必要協(xié)同作用的關(guān)鍵。
展開 例如，2014年，研究人員制作了一種由二氧化釩等離子體材料制成的200 nm太赫茲光開關(guān)。二氧化釩顯示出在不透明金屬相和透明半導(dǎo)體相之間轉(zhuǎn)換的能力。
二氧化釩納米粒子沉積在玻璃基板上，并與充當(dāng)?shù)入x子體光電陰極的金納米粒子疊加。隨后，研究人員施加了短激光脈沖，使自由電子從金納米粒子跳到二氧化釩超材料上，從而產(chǎn)生短暫的相變。
二氧化釩開關(guān)與現(xiàn)有的硅基芯片兼容，并在光譜的近紅外和可見區(qū)域工作。近紅外光對于電信和光通信至關(guān)重要，而可見光對于傳感器和顯微鏡至關(guān)重要。
表面等離子體光子學(xué)超材料還可以幫助磁盤上的熱輔助磁存儲器的存儲——通過在寫入時(shí)加熱磁盤上的小點(diǎn)來增加存儲器存儲。
顯微鏡
亞波長表面等離子體光子學(xué)的一個(gè)顯著應(yīng)用是超出光衍射極限的顯微鏡應(yīng)用。該衍射極限使傳統(tǒng)顯微鏡（顯示正折射率）無法分辨小于一半的光波長的物體。
由負(fù)折射率表面等離子體光子學(xué)材料制成的透鏡可以解決衍射極限問題，產(chǎn)生能夠捕獲傳統(tǒng)顯微鏡視野之外的空間信息的超透鏡，其應(yīng)用于光開關(guān)、光電探測器、調(diào)制器和定向光發(fā)射器。
表面等離子體光子學(xué)的未來
在過去幾十年中，半導(dǎo)體行業(yè)在將電子器件縮小到納米級方面取得了巨大進(jìn)步。然而，在追求10GHz以上的電路時(shí)，信號延遲問題會帶來重大挑戰(zhàn)。
雖然光子器件提供了巨大的帶寬，但衍射限制了光子組件的尺寸。而表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)，在微觀尺度（百萬分之一米）的光子學(xué)領(lǐng)域和納米尺度（十億分之一米）的電子領(lǐng)域之間架起了橋梁。
隨著研究人員能夠使用石墨烯等新型超材料，表面等離子體光子學(xué)的未來前景一片光明。一旦企業(yè)能夠生產(chǎn)出穩(wěn)健、可靠且價(jià)格合理的等離子體器件，表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)將成為為新一代10GHz+集成電路板提供必要協(xié)同作用的關(guān)鍵。
展開 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(fā)生由金屬態(tài)到半導(dǎo)體態(tài)的可逆相變，同時(shí)伴隨著光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)的突變，因而在智能窗、激光防護(hù)膜、信息存儲、溫度傳感器以及光轉(zhuǎn)換器件等諸多領(lǐng)域存在應(yīng)用價(jià)值。近年來，節(jié)能技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，因而VO2薄膜作為一種無需消耗其它能量，僅根據(jù)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(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。從實(shí)際應(yīng)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(diào)節(jié)率不理想、本征的棕黃色在實(shí)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(xué)院理化技術(shù)研究所微納材料與技術(shù)研究中心設(shè)計(jì)并制備了一種可高效精準(zhǔn)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(nèi)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(diào)控效率為12%，在同類型多功能薄膜中為性能最優(yōu)。此外，研究人員還提出了一種巧妙的計(jì)算模型，可以快速獲得復(fù)雜納米粒子組裝涂層的有效折射率(neff)。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較致密平整的VO2涂層，該工作提出的三層空心結(jié)構(gòu)能夠顯著降低涂層在可見光區(qū)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(jié)能效果測試圖
這項(xiàng)工作為制備同時(shí)具有減反增透、自清潔和熱致變色三功能的復(fù)合涂層提供了新思路。
展開 包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
二氧化釩（VO2）是一種相變材料，其物理和化學(xué)性質(zhì)可以通過改變溫度來大幅度地調(diào)節(jié)，從而可以用來設(shè)計(jì)溫控器件。
VO2 的相變溫度在 T0 ≈ 68 ℃ 附近，
當(dāng)溫度低于 T0 時(shí)為絕緣態(tài)，展現(xiàn)出電介質(zhì)的特性
當(dāng)溫度高于 T0 時(shí)為金屬態(tài)，展現(xiàn)出金屬的特性，可以導(dǎo)電。
VO2 的相變特性主要在其電導(dǎo)率、介電常數(shù)、折射率等參數(shù)上體現(xiàn)出來，也就是說 VO2 的這些光學(xué)參數(shù)不僅是頻率(ω)的函數(shù)，也是溫度(T)的函數(shù)。更麻煩的是，這些物理量還都是復(fù)數(shù)，即：
σ = σ’(ω, T) + iσ”(ω, T)
ε = ε’(ω, T) + iε”(ω, T)
n = n’(ω, T) + in”(ω, T)
目前人們主要通過兩種方式來對VO2的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行建模：
第一種是認(rèn)為VO2在任意溫度下的介電常數(shù)都滿足Drude模型，然后將等離子體頻率和碰撞頻率擬合成溫度的函數(shù)
第二種是認(rèn)為VO2的金屬態(tài)滿足Drude模型，絕緣態(tài)的介電常數(shù)是一個(gè)不隨溫度變化的常數(shù)，而相變溫度附近VO2是金屬態(tài)和絕緣態(tài)的混合物。利用混合物等效介質(zhì)理論求出相變溫度附近的介電常數(shù)
以上兩種方式計(jì)算起來都比較繁瑣，涉及的計(jì)算量很大。
為此，我參考四篇SCI論文，自主開發(fā)了VO2光學(xué)常數(shù)計(jì)算軟件，是一個(gè)獨(dú)立的exe應(yīng)用程序，可在windows平臺運(yùn)行。
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二氧化釩的最新內(nèi)容
例如，2014年，研究人員制作了一種由二氧化釩等離子體材料制成的200 nm太赫茲光開關(guān)。二氧化釩顯示出在不透明金屬相和透明半導(dǎo)體相之間轉(zhuǎn)換的能力。
二氧化釩納米粒子沉積在玻璃基板上，并與充當(dāng)?shù)入x子體光電陰極的金納米粒子疊加。隨后，研究人員施加了短激光脈沖，使自由電子從金納米粒子跳到二氧化釩超材料上，從而產(chǎn)生短暫的相變。
例如，2014年，研究人員制作了一種由二氧化釩等離子體材料制成的200 nm太赫茲光開關(guān)。二氧化釩顯示出在不透明金屬相和透明半導(dǎo)體相之間轉(zhuǎn)換的能力。
二氧化釩納米粒子沉積在玻璃基板上，并與充當(dāng)?shù)入x子體光電陰極的金納米粒子疊加。隨后，研究人員施加了短激光脈沖，使自由電子從金納米粒子跳到二氧化釩超材料上，從而產(chǎn)生短暫的相變。
二氧化釩開關(guān)與現(xiàn)有的硅基芯片兼容，并在光譜的近紅外和可見區(qū)域工作。
美國科學(xué)家2010年11月23日表示，通過對二氧化釩相變(從金屬到絕緣體)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，他們揭開了困擾學(xué)術(shù)界數(shù)十年的謎團(tuán)。他們發(fā)現(xiàn)二氧化釩發(fā)生的多相競爭現(xiàn)象純粹是由晶格對稱所引起的，并認(rèn)為在冷卻時(shí)二氧化釩（VK-V01）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)象是二氧化釩不同的折疊形態(tài)。
其中二氧化釩(VO2，相變溫度約為 68℃) 和硫系化合物(GST，相變溫度約為 150℃) 熱致變色材料在相變前為紅外透射率高的半導(dǎo)體態(tài)，相變后為紅外吸收率高的金屬態(tài)。Tang Kechao 等將 WxV1-xO2 嵌入到銀膜上層的 BaF2 介質(zhì)層中，其結(jié)構(gòu)如圖 3(a) 所示，通過吸收共振的設(shè)計(jì)可將材料室溫?zé)岚l(fā)射率從半導(dǎo)體態(tài)的 0.20 切換至金屬態(tài)的 0.90。
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二氧化釩（VO2）是一種相變材料，其物理和化學(xué)性質(zhì)可以通過改變溫度來大幅度地調(diào)節(jié)，從而可以用來設(shè)計(jì)溫控器件。
VO2 的相變溫度在 T0 ≈ 68 ℃ 附近，
當(dāng)溫度低于 T0 時(shí)為絕緣態(tài)，展現(xiàn)出電介質(zhì)的特性
當(dāng)溫度高于 T0 時(shí)為金屬態(tài)，展現(xiàn)出金屬的特性，可以導(dǎo)電。
包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
二氧化釩（VO2）是一種相變材料，其物理和化學(xué)性質(zhì)可以通過改變溫度來大幅度地調(diào)節(jié)，從而可以用來設(shè)計(jì)溫控器件。
VO2 的相變溫度在 T0 ≈ 68 ℃ 附近，
當(dāng)溫度低于 T0 時(shí)為絕緣態(tài)，展現(xiàn)出電介質(zhì)的特性
當(dāng)溫度高于 T0 時(shí)為金屬態(tài)，展現(xiàn)出金屬的特性，可以導(dǎo)電。
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(fā)生由金屬態(tài)到半導(dǎo)體態(tài)的可逆相變，同時(shí)伴隨著光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)的突變，因而在智能窗、激光防護(hù)膜、信息存儲、溫度傳感器以及光轉(zhuǎn)換器件等諸多領(lǐng)域存在應(yīng)用價(jià)值。近年來，節(jié)能技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，因而VO2薄膜作為一種無需消耗其它能量，僅根據(jù)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(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。
建筑玻璃的實(shí)際應(yīng)用
二氧化釩（VO2）被認(rèn)為是最前景的熱致變色材料。它可以保持可見光不變，即外觀不變，僅僅隨溫度變化調(diào)節(jié)近紅外區(qū)域太陽光透射。VO2具有可逆金屬-半導(dǎo)體相變特性；相變發(fā)生前后主要在近紅外波段發(fā)生重要光學(xué)特性改變，即從低于相變溫度（半導(dǎo)體態(tài)）的紅外透明變?yōu)楦哂谙嘧儨囟龋ń饘賾B(tài)）的紅外反射（圖2）。
圖2.
