智能窗能夠根據(jù)外界環(huán)境變化（光、電、熱等）來改變太陽輻射波段（380-2500 nm）光的透射率而有效熱控,有利于減少夏季制冷和冬季采暖能耗。VO2（M）是一種熱致變色材料,能夠在68℃發(fā)生相變,在保證可見光透過率的情況下,通過外界溫度變化自發(fā)進(jìn)行太陽能調(diào)制。VO2（M）是一種理想的智能窗用材料,但其相態(tài)眾多導(dǎo)致合成純相困難,且合成時間較長、兩種調(diào)控狀態(tài)不能完全達(dá)到用戶的使用期待。本文通過微波輔助水熱-煅燒兩步法合成VO2（M）,研究不同反應(yīng)條件對水熱產(chǎn)物亞穩(wěn)態(tài)的影響,并通過模擬探究微波在水熱反應(yīng)中的作用;對VO2（M）的合成進(jìn)行反應(yīng)條件優(yōu)化,并對提出的VO2/PDLC復(fù)合薄膜進(jìn)行光學(xué)模擬,用以實(shí)現(xiàn)電-熱雙波段光學(xué)調(diào)控。通過微波輔助水熱合成VO2亞穩(wěn)態(tài),研究發(fā)現(xiàn),隨著反應(yīng)時間、反應(yīng)物添加量和反應(yīng)溫度的提高,都會使產(chǎn)物D相占比增多,且快速升溫方式對獲得M相有幫助。使用GROMACS軟件對微波存在/不存在情況下水熱反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬,研究發(fā)現(xiàn):微波能夠?qū)Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響從而影響產(chǎn)物相態(tài),能夠?qū)w系中氫鍵數(shù)目和靜電力產(chǎn)生影響促進(jìn)擴(kuò)散而提高反應(yīng)速度,對反應(yīng)熱力學(xué)的影響主要是來自對反應(yīng)熵變的影響。... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電致變色器件結(jié)構(gòu)[3]

]，成本相對較低。另外，通過使用計(jì)算機(jī)模擬和建筑單元現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究分析了熱致變色玻璃的能量性能，結(jié)果表明，熱致變色玻璃可以顯著地節(jié)省能源[6]，其中，與透明玻璃相比，使用TC玻璃的能源消耗可減少81.7%，與Low-E玻璃相比可減少70.5%[7]。由于VO2能在68℃發(fā)生相變，伴隨著是其對近紅外波段光的吸收和反射性能發(fā)生變化，高溫相變后，其對近紅外波段的光透射率降低而對可見光波段的透射率影響較小，這一特性正好不同于傳統(tǒng)的變色窗戶變色之后的視覺缺陷，致使VO2成為了研究最廣泛的無機(jī)熱致變色材料，其相變前后光學(xué)變化如圖1-2所示。圖1-2二氧化釩薄膜相變前后光學(xué)變化[7]1.3二氧化釩的結(jié)構(gòu)及其相變機(jī)理1.3.1二氧化釩的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)釩（[Ar]3D24S2）元素是非�；顫姷模@使得釩氧化物具有豐富的氧化物形式，除了VO2、VO、V6O13和V7O13以外，還發(fā)現(xiàn)了近15-20個穩(wěn)定的釩氧化物相態(tài)，而VO2的形成僅發(fā)生在很窄的氧分壓范圍內(nèi)[8-10]。此外，迄今為止國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道過十種以上的二氧化釩結(jié)晶相，包括四方金紅石型VO2（R）（P4/mnm）、單斜金紅石型VO2（M）（P21/c）、三斜晶系VO2（Pn（2））[11]、四方VO2（A）（P42/nmc）[12,13]、單斜VO2（B）（C2/m）[14]、VO2（C）[15]、斜方VO2·H2O（P222），四方VO2·0.5H2O（I4/mmm）[16]，單斜V2O4（P21/c）和V2O4·2H2O。只有金紅石型VO2（R/M）在約68℃處經(jīng)歷完全可逆的金屬-半導(dǎo)體相變（MST）。表1-1總結(jié)了常見的VO2同質(zhì)多晶的晶體結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-個不同的孿晶，它們圍繞金紅石晶軸旋轉(zhuǎn)90°（與上述近似幾何對應(yīng)關(guān)系）。M1和M2相的孿生微觀結(jié)構(gòu)敏感地取決于外部施加的條件以及樣品的原始狀態(tài)，即在不同的應(yīng)變、施加的電流或存在缺陷的條件下，會出現(xiàn)不同的孿生模式。當(dāng)T>Tc時，VO2轉(zhuǎn)化為金紅石結(jié)構(gòu)，圖1-3中大紅色圓圈代表V4+離子，小藍(lán)色圓圈代表O2-離子。圖1-3VO2的不同晶體結(jié)構(gòu)古德沃姆[26]根據(jù)晶體場理論給出了第一個能帶理論描述，如圖1-4（a）所示，在VO2（R）中，V3d軌道以eg對稱和t2g對稱狀態(tài)分裂。與氧原子的八面體配位。由于局部晶體場的正交晶體分量，t2g態(tài)進(jìn)一步分為兩個dπ軌道和一個dⅡ軌道。dπ軌道指向配位八面體的表面，而dⅡ軌道則指向cR軸，因此指向下一個晶胞“上方”或“下方”的最接近V原子的方向[26]。費(fèi)米能級EF處的態(tài)密度是由d′軌道和反鍵π*軌道的混合物形成的。相變之后，VO2（M）中V4+的二聚作用導(dǎo)致d′帶分裂為充滿鍵態(tài)和空位反鍵態(tài)。同時，π*軌道移動到更高的能量，并且在這個帶和最低占據(jù)的dⅡ態(tài)之間產(chǎn)生了一個空隙。結(jié)構(gòu)的之字形畸變導(dǎo)致π*能帶在費(fèi)米能級EF之上向上移動，并驅(qū)動dⅡ鍵和反鍵態(tài)的形成，V鏈沿cR的二聚化增加了帶隙[27]。圖1-4VO2電子能帶結(jié)構(gòu)圖[28]（a）R相，（b）M1相

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3492334