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據(jù)悉， 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)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(guó)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)用上取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。

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

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(duì)太陽(yáng)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(jiàn)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(jiàn)光透射率與紅外光的調(diào)制能力互相制約，此消彼長(zhǎng)，難以兼顧；最后就是其相對(duì)過(guò)高的相變溫度(~68°C)，極大地限制了其實(shí)用化。針對(duì)上述問(wèn)題，傳統(tǒng)的解決思路一般是通過(guò)摻雜和晶粒納米化來(lái)降低VO2相變溫度，通過(guò)表面織構(gòu)或者多層膜等手段來(lái)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(wèn)題。

VO2薄膜在電場(chǎng)作用下的可逆三態(tài)調(diào)控示意圖

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(chǎng)誘導(dǎo)三態(tài)相變過(guò)程。該工作結(jié)果表明，在室溫下通過(guò)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(cè)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(guò)程。

更為重要的是，這種電子摻雜誘導(dǎo)的相變前后VO2薄膜對(duì)太陽(yáng)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(jiàn)光透過(guò)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(qǐng)一項(xiàng)發(fā)明專利。

文章第一作者為博士后陳實(shí)和訪問(wèn)學(xué)者王趙武，鄒崇文和江俊為通訊作者。該工作受到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和博士后基金等的資助。（來(lái)源：中國(guó)科大）

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