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　　vanadium dioxide

　　分子式：VO2；V2O4

　　性质：深蓝色晶体粉末，单斜晶系结构。密度4.260g/cm3。熔点1545℃。不溶于水，易溶于酸和碱中。溶于酸时不能生成四价离子，而生成正二价的钒氧离子。在干的氢气流中加热至赤热时被还原成三氧化二钒，也可被空气或硝酸氧化生成五氧化二钒，溶于碱中生成亚钒酸盐。可由碳、一氧化碳或草酸还原五氧化二钒制得。用作玻璃、陶瓷着色剂。

二氧化钒的应用　　二氧化钒在材料世界以其迅速和突然的相变而显得与众不同，其相变温度为68摄氏度。二氧化钒所具有的导电特性让其在光器件、电子装置和光电设备中具有广泛的应用潜力。

二氧化钒的变相　　氧化钒材料在相对低的温度下作为绝缘体时，呈现出多相竞争的现象。然而，自20世纪60年代人们开始研究二氧化钒以来，这奇异的相行为一直不为人们所掌握。美国科学家2010年11月23日表示，通过对二氧化钒相变(从金属到绝缘体)进行系统的研究，他们揭开了困扰学术界数十年的谜团。

　　美国田纳西大学研究助理亚历山大·特瑟勒夫与法国科学家合作，在美国橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心，借助凝聚物理学理论成功地解释了二氧化钒的相行为。特瑟勒夫表示，他们发现二氧化钒发生的多相竞争现象纯粹是由晶格对称所引起的，并认为在冷却时二氧化钒晶格能够以不同的方式发生“折叠”，因此人们所观察到的现象是二氧化钒不同的折叠形态。

　　研究人员表示，他们的理论研究工作可以指导未来关于二氧化钒的实验研究，并最终帮助开发基于二氧化钒材料的新技术。

　　二氧化钒是一种热致变色材料, 相变温度为 68℃。相变前后二氧化钒光学性能有较大的变化, 如二氧 化钒对红外线透过率低温态时大, 高温态时小。 利用这一特点, 在玻璃基体上沉积二氧化钒薄膜, 可实现对汽 车、 建筑物、 航天器等室内温度的自动调节, 从而达到对太阳光能的智能化利用, 节省地球能源。 本文分析应 用原理并且探讨相关问题。 关键词: 二氧化钒薄膜; 相变; 智能窗

(S chool of M echan ica l and A u tom obile E ng ineering , H ef ei U n iv ersity of T echnology , H ef ei 23009, C h ina ) Abstract: VO 2 is a k ind of therm och rom a tic m a teria l, w ho se m eta l2sem iconducting p ha se tran sition tem p era tu re is 68℃.

. so a s to save the energy of the ea rth. T h is a rticle ana lyses the p rincip le and discu sses the rela ted issues

T he op tica l p rop erty of VO 2 w ill change a lo t befo re and after the tran sition, such a s the h igher tran sm ittance a t low tem p era 2 tu re and the low er tran sm ittance a t h igh tem p era tu re. D epo siting VO 2 film on gla ss to fo rm sm a rt w indow m akes it po ssib le to adju st au tom a tica lly the tem p era tu re in au tom ob iles, bu ildings etc. T hu s in telligen t u se of the sun’s energy can be ach ieved

Key words: VO 2 film ; p ha se t ran sit ion; sm a rt w indow

　　随着社会的进步, 经济的发展, 人们对生活质量 的要求越来越高。 无论春夏秋冬, 人们都希望能活动 在 25℃左右的环境中。为此人们设计出空调来保证 室内温度的恒定。 但是空调的使用一方面消耗电能, 一方面会带来噪音等污染。而太阳光能量 98% 分布 在波长范围为 0. 2～ 2. 5 Λ , 其中 0. 2～ 0. 38 Λ m m 是紫外光区, 能量占总能量的 9% , 0. 38 0. 78 Λ ～ m 的可见光占 45% , 0. 78～ 2. 5 Λ 的 近 红 外 区 占 m

49% [ 1 ]。 虽然现有的幕墙玻璃[ 2～ 5 ]、 低辐射玻璃[ 6～ 7 ]

都具有隔热效果, 而且低辐射玻璃还克服了幕墙玻 璃由于对可见光的高反射而造 成 光 污 染 这 一 缺 点[ 8 ] , 但低辐射玻璃不能实现对室内温度的智能化 调节。 我们希望能开发一种智能化窗玻璃, 它能根据 室内温度自动调节对太阳光能的透过率。 假如入射 光线稳定, 室内温度低时, 让红外光进入室内, 提高 室内温度; 当温度升高到一定温度时, 自动降低红外ran sm ittance of VO 2 film befo re and after tran sition

图 4　二氧化钒薄膜相变前后透过比的变化

F ig. 4　T ran sm ittance of VO 2 film befo re and after tran sition

4　总结

　　通过以上分析, 我们看到从机理上讲二氧化钒 薄膜是一种很好的智能窗材料; 我们看到二氧化钒 的相变温度降低和可见光透过率的提高对二氧化钒 在智能窗方面的应用起着关键性的作用; 从透过率 来分析, 它与制备方法、 膜厚等有关, 而相变温度与 薄膜制取方法、 处理工艺等因素也有关。 所以我们应 将透过率提高和相变温度的降低结合起来权衡考 虑。 力求找到一个最佳参数点让两者都能满足要求。 探索出最佳参数点后必将造福于人类, 节约大量资 源而且达到对太阳能的绿色使用。