摘 要

二氧化钒是一种热致变色材料，在68℃会发生金属半导体转变，从低温的单斜晶结构转变为高温的金红石结构，与此同时，其可见光透过率、红外辐射反射率等光学性能也会发生突变。随着建筑能耗的增加以及不可再生能源的减少，二氧化钒的这种特性使得它在智能窗上应用越来越广泛。

本文采用溶胶-凝胶法制备二氧化钒薄膜，将VOCl₂溶胶旋涂于玻璃基片上，通过热处理得到未掺杂的二氧化钒薄膜，并通过种子生长法制备了作为掺杂剂的金纳米棒。实验中以D8-X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外/可见分光光度计等测试方法对制备的薄膜和金纳米棒进行了表征。实验结果表明：制备金纳米棒时，二次生长时间增加，金纳米棒长径比随之降低，所以适合的二次生长时间是1小时；硝酸银影响与生长时间相似，银含量增加会使金纳米棒长径比减小；旋涂时转速过低会使薄膜中的晶粒尺寸增大，形成大量孔洞；热处理时预留的空气分压越高，薄膜中二氧化钒晶体含量越低，所以空气分压以700Pa较佳。

关键词：二氧化钒 溶胶-凝胶法 金纳米棒 热致变色

Abstract

VO₂ is a thermochromic material that possess semiconductor-mental (S-M) transition at 68℃, which is a change of crystallographic structure, from monoclinic to rutile. At the same time, its optical properties such as transmittance and reflectance will occur saltation. As the increase of construction energy consumption and the decrease of non-regenerated energy , this performance of transition lead to the wide use of VO_{2 。}

This paper prepare VO₂ films with a method of sol-gel. Films were coated on the silica substrates by spin coating and then annealed at a certain temperature for a fixed time .Plus, this paper compounded gold nanorods by the means of seed-induced growth. Films were determined by X-ray diffraction、scanning electron microscopy、UV-visible spectrophotometer .The results show as following: the aspect ratio of gold nanorods diminish when the growth time prolong, and productivity of gold nanorods decreased after increased; the influence of silvery is as same as growth time, aspect ratio of gold nanorods decrease when the content of silvery increase; the size of VO₂ crystals increases gradually with the decrease of spinning rate, and the films became more and more porous; oxygen in the air will oxidize vanadium, so with the increase of air pressure, the content of VO₂ decreases, and the air pressure of 700Pa is suitable.

Key Words: Vanadium dioxide, Sol-gel, Gold nanorods, Thermochromism

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 智能窗户 1

1.1.1 智能窗户的分类 1

1.1.2 热致变色窗户 3

1.1.3 国内外研究现状 5

1.2 红外吸收材料 6

1.2.1 红外吸收介绍 6

1.2.2 常见红外吸收材料 6

1.3 本文主要研究内容 7

第2章 VO₂薄膜的制备 8

2.1 清洗玻璃基片 8

2.2 制备VOCl₂溶胶 8

2.2.1 实验药品与设备 8

2.2.2 制备溶胶 8

2.3 制备VO₂薄膜 9

2.3.1 旋涂 9

2.3.2 热处理 9

2.4 制备金纳米棒 10

2.4.1 金纳米棒介绍 10

2.4.2 药品准备 10

2.4.3 配制种子溶液 10

2.4.4 配置生长溶液 10

2.5 薄膜试样结构与性能表征 11

2.6 本章小结 11

第3章 结果与讨论 12

3.1 薄膜结构分析 12

3.2 薄膜形貌分析 13

3.3 薄膜光学分析 14

3.4 金纳米棒的结果分析 16

3.4.1 生长时间的影响分析 18

3.4.2 硝酸银用量的影响分析 17

3.5 薄膜光照实验及结果分析 17

第4章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

绪论

1.1 智能窗户

随着建筑能耗的增长，如何在减少建筑能耗的前提下，保持建筑的热舒适性成为建筑领域一个重要研究方向。中国作为一个能源消耗大国，建筑能耗据估计将在2020年增长到30%以上^[1]。当前，建筑领域的节能方法主要有两种：一是提高建筑本身的能源利用率，如提高空调系统和照明系统的配置等；一是改变建筑结构的热性能，如使用隔热墙、冷涂层屋顶及智能窗户等。这些方法中，智能窗户的研究最为广泛。通过在玻璃表面增加涂层，阻止不必要的太阳辐射，从而帮助建筑维持较高的能效水平，这一类窗户统称为智能窗户（Smart Window）。这是一种在高温时使大部分可见光通过并反射主要的近红外辐射的窗户；低温状态下，智能窗户则使可见光和近红外辐射一起通过^[2]。如此循环往复使室内温度保持恒定，同时也不会消耗能源。

1.1.1 智能窗户的分类