??中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室鄒崇文研究組與合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心江俊研究組在基于二氧化釩薄膜的智能窗應(yīng)用上取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)?進(jìn)展》（Science Advances）上。

基于VO2相變薄膜的溫控智能窗概念提出已有幾十年的歷史，但是實(shí)用化的智能窗產(chǎn)品還難以推出，主要原因在于：首先是對太陽光譜中紅外光的調(diào)制力還不夠強(qiáng)(一般<15%)，使得智能窗的調(diào)控效果達(dá)不到實(shí)際要求；其次是可見光波段的透射率不夠高(一般<60%)，滿足不了正常的室內(nèi)采光需求，而且VO2相變薄膜的可見光透射率與紅外光的調(diào)制能力互相制約，此消彼長，難以兼顧；最后就是其相對過高的相變溫度(~68°C)，極大地限制了其實(shí)用化。針對上述問題，傳統(tǒng)的解決思路一般是通過摻雜和晶粒納米化來降低VO2相變溫度，通過表面織構(gòu)或者多層膜等手段來改變VO2的光學(xué)特性等，但這些都難以從根本上解決上述問題。

在基于氫原子摻雜驅(qū)動(dòng)二氧化釩多態(tài)連續(xù)相變的研究基礎(chǔ)上(Nature Comm. 9，2018，818；Phys. Rev. B 96, 2017, 125130)，最近他們又在VO2薄膜中實(shí)現(xiàn)了基于固態(tài)電解質(zhì)的電場誘導(dǎo)三態(tài)相變過程。該工作結(jié)果表明，在室溫下通過施加很小的正反向偏壓就能夠可逆地調(diào)控VO2中的電子摻雜濃度(氫摻雜濃度)，從而實(shí)現(xiàn)電子摻雜的金屬態(tài)和電子摻雜絕緣態(tài)之間的相轉(zhuǎn)變。利用合肥同步輻射軟X射線吸收譜技術(shù)，直接探測了不同電子摻雜濃度下3d軌道電子的占據(jù)情況與相應(yīng)的相變演化過程。更為重要是，這種電子摻雜誘導(dǎo)的相變前后VO2薄膜對太陽光譜中紅外光的調(diào)制力達(dá)到26.5%，同時(shí)薄膜具有高達(dá)70%以上的可見光透過率。這一結(jié)果超越了以往二氧化釩熱致變色和電致變色智能窗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至突破了傳統(tǒng)二氧化釩溫控智能窗紅外調(diào)控能力的理論極限，大大提高了基于二氧化釩的“智能窗”應(yīng)用可能性。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請一項(xiàng)發(fā)明專利。

上圖:VO2薄膜在電場作用下的可逆三態(tài)調(diào)控示意圖；下圖:利用電壓調(diào)控的電子摻雜驅(qū)動(dòng)的VO2相變智能窗性能大大超越了傳統(tǒng)熱致相變二氧化釩智能窗

文章第一作者為博士后陳實(shí)和訪問學(xué)者王趙武，鄒崇文副研究員和江俊教授為通訊作者。該工作受到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和博后基金等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaav6815