中文摘要：

本项目采用磁控共溅射技术，制备Mo、W、Ti共掺杂的VO2-SiO2复合薄膜，研究其变温红外光学特性及可见光透过率。着重发展薄膜的晶粒尺寸、掺杂浓度（Mo 、W和Ti）、VO2与SiO2组成比例等结构参数的控制技术；考察结构参数与变温红外光学特性之间的关联，包括其对相变温度、热滞宽度、红外调控幅度的影响；探讨结构参数与可见光透过率之间的关系。旨在通过结构参数的优化获得具有优异变温红外光学特性及高可见光透过率的复合薄膜，及其结构参数的调控方法；揭示影响变温红外光学特性和可见光透过率的结构相关机制。本项目的开展有望为VO2在智能温控器件上的应用提供材料基础，也将为金属-绝缘体相变的研究提供一种模型。

结论摘要：

二氧化钒(VO2)是一种具有可逆的半导体-金属相变特性的金属氧化物，相变前后结构的变化导致其产生对红外光由透射向反射的可逆转变，这种奇异的特性使得VO2材料在智能节能领域具有重要的应用。本项目以VO2材料为研究对象，旨在通过结构参数的优化获得具有优异温致红外性能及高可见光透过率的VO2基材料，及其结构参数的调控方法，揭示沉积条件、掺杂、组分、微观结构与温致红外性能和可见光透过率的关联。 我们采用射频磁控溅射技术，通过优化制备工艺参数（如溅射氧分压、射频功率和工作气压），成功地找到原位制备单斜相VO2薄膜的工艺参数，实现了薄膜成分和取向性等结构参数的控制。薄膜的相结构和微观形貌研究结果表明合适的低氧气流量、较低的工作气压和较高的溅射功率可以降低薄膜中钒离子的价态，有利于M相VO2的生长。其优化的工艺参数是氧分压、溅射功率和工作气压分别为3.5 %、350 W、0.3 Pa，衬底温度为500 oC。 我们研究了薄膜的光学性能，包括光学常数和温致红外性能等，建立了薄膜的成分、微观结构和光学性能之间的对应关系。通过薄膜微观结构、晶粒尺寸、成分的分析，阐释了薄膜的相变机理以及影响其相变过程的因素。具体分析得出，根据相位调制型椭偏仪测量结果和Tauc-Lorentz模型的拟合，得到折射率降低随工作气压增大而减小的结果。半导体薄膜的红外透过率除了遵守比尔-朗伯吸收定律外，还受薄膜中缺陷的影响，薄膜的温致红外性能是上面两个因素相互竞争的结果。在上面分析的基础上，我们优化出具有优异温致红外性能的薄膜，该薄膜在低温红外透过率高达70%，在高温红外透过率为零，其红外透过率改变幅度达到70%，达到国际水平。 对VO2 (M)材料进行W离子掺杂，可以将相变温度从68 oC降低到24 oC；100次的DSC循环实验表明，所制备的W掺杂的M相VO2材料具有良好相变热稳定性。对VO2 (M)材料进行Mo离子掺杂，发现高浓度掺杂有助于VO2 (M)相的形成，临界掺杂量为5.62 at%；通过引入TiO2籽晶，利用外延生长机制，成功地制备出Mo掺杂VO2 (M) /TiO2复合颗粒，通过改变TiO2籽晶的含量，复合颗粒的尺寸可以在20~100 nm之间进行调控，相变温度可以调节到室温附近，红外调控幅度可以显著增加大约35%，可见光透过率也可以提高到接近60 %。