掺钨二氧化钒相变的热分析动力学研究

【作者】 于惠梅； 张恒； 张明辉； 潘秀红； 梁继娟； 陆昌伟；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 VO₂在临界温度T_c 68℃发生可逆相变,由低温绝缘体相向高温金属相转变。在相变过程中,红外波段的光学性质发生了巨大的突变,低于T_c时,处于绝缘体状态,在V原子对间存在0.6ev的带隙,允许较高的红外光透过率;而高于T_c时,处于金属状态,费米能级和V3d能带的重叠消除了上述的带隙,使得在红外波段拥有较高的反射及较低的透过率。二氧化钒所具有的调控红外波段的这一能力使其成为下一代智能窗应用中很有前景的材料。但是在实际应用中,降低半导体相-金属相转变的相变温度是至关重要的。本文通过水热合成的方法制备出了具有降低相变温度的W_xV_1-xO₂样品,相变温度通过前驱体液中W含量进行调节,然后对其进行了DSC分析表征。为了揭示掺W与相变温度的关系,采用热分析动力学Kissinger方法计算了不同掺W量下相变活化能的变化,通过比较未掺杂和掺杂W的二氧化钒粉体的实验结果,来分析掺W降低二氧化钒相变温度的机理。图1是不同升温速度下的V_1-xW_xO₂DSC曲线。研究结果表明,随着升温速度的增加,峰向高温移动,相变速度随之增加,在更短的时间内,发生了更多的相变分数,而且峰也向高处移动。通过DSC实验,在掺杂量为3.81%时,相变温度达到21.4℃和7.3℃,对比未掺杂的样品,表明掺W大大降低了二氧化钒的相变温度。图2为V_1-xW_xO₂样品掺W量与活化能的关系图。采用kissinger方法计算相变活化能。实验发现,随着掺W量的增加,V_1-xW_xO₂相变的结构稳定性和相变活化能下降。并且掺W对于升温过程的影响更为明显,相变温度在升温过程中降低的比在降温过程中要快,结构稳定性和激活能的下降速度要远大于降温过程。更多还原