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 引言】

熱變色智能涂層是一種可以根據溫度變化智能地控制太陽輻射量的神奇材料。這些涂層在高溫下能夠阻擋紅外(IR)輻射，同時還能使其在低溫下通過。二氧化釩(VO₂)由于可逆相變和優異的紅外透過率調制性能，是一種極具發展前景的熱致變色材料。最近，有學者報道了將VO₂與氮化鈦(TiN)等離子體納米顆粒結合以制成可用于室溫的智能涂層。

【成果簡介】

近日，香港城市大學的朱劍豪教授和Qi Hao(共同通訊作者)等人在Adv. Mater.上發布了一篇關于智能涂層材料的文章，題為“VO₂/TiN Plasmonic Thermochromic Smart Coatings for Room-Temperature Applications”。這篇文章介紹了通過熱致變色VO₂與等離子體TiN納米顆粒雜交來制備二氧化釩/氮化鈦(VO₂/TiN)智能涂層。VO₂/TiN涂層可根據環境溫度和照明強度動態的控制紅外輻射，在28°C的強光下可以阻擋紅外光，但在弱光照條件下或在20°C的低溫下透過紅外光。 VO₂/TiN涂層具有高達51％的良好整體可見光透射率和在2000nm下高達48%的IR切換效率。 這些獨特的優勢使得VO₂/TiN可以用作智能節能窗戶。

【圖片導讀】

圖1 氧化鈦SEM、XPS和XRD圖

(a) TiOx納米顆粒的大面積SEM圖像；

(b-c) 比例尺為200nm的納米顆粒陣列高分辨率SEM圖像；

(d) TiOxNy和TiN納米陣列在Ti 2p核心區域的XPS譜和相應擬合線；

(e) 氮化2小時和10小時后TiOxNy和TiN樣品的XRD圖譜；

(f) 石英襯底上的TiOx，TiOxNy和TiN納米陣列的紫外可見吸收光譜(UV-vis)光譜。

圖2 VO₂薄膜表征

(a) TiN納米顆粒上退火態VO2薄膜的SEM圖像；

(b) VO2晶體的XRD圖；

(c) VO2/TiN膜電阻率的熱滯后回路；

(d) 石英上VO2/TiN涂層的光學照片；

(e-f) 20℃和80℃溫度下純VO2和VO2/TiN涂層的透射光譜。

圖3 VO2/TiN涂層室溫下的性能測試

(a) 用作智能窗戶涂層的混合VO2/TiN材料示意圖；

(b) 雙玻璃裝置的測量和相應的實驗裝置；

(c) VO2 / TiN涂層的IR開關特性；

(d) 純VO2和VO2 / TiN涂層的相變效率；

(e) IR輻射強度和環境溫度變化轉換效率的2D圖。

【小結】

這篇文章介紹了可以根據輻照強度和環境溫度智能地控制紅外透過率的VO₂/TiN涂層。通過納米掩模輔助蒸發與TiO_x納米粒子直接氮化結合制造厘米級的TiN等離子體納米陣列。在適當的光照激發下，VO₂ / TiN智能涂層能夠在28°C時阻擋70％的IR輻射，同時在20°C時顯示出良好的IR透明度。此外，VO₂/TiN涂層在2000nm處具有高達51％的整體可見光透射率和48％的NIR轉換效率，這些優勢使VO₂/TiN成為可在室溫應用的智能涂層。通過引入元素摻雜，優化等離子體光譜，并使用隔熱涂層減少對流，可以進一步改善熱致變色性能。