[发明专利]一种具有光限幅性能的VO2

说明书

本发明属于功能薄膜技术领域，具体涉及一种应用于激光防护技术的VO₂复合薄膜的制备方法。本发明基于表面等离激元共振技术在VO₂薄膜表面制备一层粒径均一的、尺寸可调的Au/SiO₂或Ag/SiO₂纳米结构层，有效地提升了薄膜的激光防护性能。同传统的纯VO₂激光防护薄膜相比，这种薄膜具有更低的激光可透过率以及更高的耐激光损伤阈值。该工艺可以有效提高薄膜对激光的响应度以及耐激光辐射能力，其制备过程简单可控，不需要昂贵的设备，同时对VO₂薄膜的尺寸、形貌无特殊要求，为VO₂基激光防护薄膜提供了一种高效率、短周期、可工业化实施的新技术。

技术领域

本发明属于功能薄膜技术领域，具体涉及一种应用于激光防护技术的VO₂复合薄膜的制备方法。

背景技术

随着激光干扰与致盲武器的迅速发展，寻找一种适用于激光防护的新型材料，保护军事人员和各种光电探测系统不受打击，已成为亟需解决的重要问题。1959年，Morin首次发现钒和钛的氧化物具有半导体-金属相变特性，即在半导体态时，材料具有高透射特性；在金属态时，材料则具有高反射特性。这种特性使其具有智能光限幅开关的潜力。同其它激光防护材料相比，VO₂具有防护波段宽，制备成本低，性能稳定等优点，是智能激光防护材料的研究热点，在航空航天领域有着广泛的应用潜力。

在材料制备方面，研究者通过各种方法如：溶胶-凝胶，磁控溅射，脉冲激光沉积，化学气相沉积，反应蒸镀等制备了VO₂薄膜，并对薄膜的组分、形貌、相变温度、电学及光学性能进行了研究。虽然相关科研单位已经开展了大量研究工作，但由于钒氧体系的复杂性和纯VO₂薄膜相变温度较高等关键问题尚没有完全解决，严重阻碍了VO₂薄膜的实际应用。

表面等离子体共振(SPR)是一种新型的光波操控手段，目前已经在化工、医疗、材料、食品、环境等诸多领域有着广泛的应用。通过在传统薄膜表面复合Au、Ag等有序纳米结构，会使其表现出许多奇异的光学性质，比如局域电场增强效应、纳米天线效应、强烈的光散射、光吸收以及光热特性等(M.Rycenga,C.M.Cobley,J.Zeng,W.Y.Li,C.H.Moran,Q.Zhang,D. Qin,and Y.N.Xia,Controlling the Synthesis and Assembly of SilverNanostructures for Plasmonic Applications,Chem.Rev.,2011,111:3669-3712)。但是，关于复合有贵金属纳米颗粒的VO₂光限幅薄膜却一直未见报道。其主要技术瓶颈在于一方面表面等离子体共振技术的有效实施需要Au和Ag等纳米材料的粒径具有良好的均一性；另一方面，表面等离子体共振技术的有效实施需要对Au或Ag等贵金属纳米结构实现尺寸可调控，这进一步增加了材料的复合难度。因此，如果能在VO₂薄膜表面制备粒径均一的，尺寸可调的Au、Ag纳米结构，利用材料的表面等离子体共振特性提升VO₂薄膜的激光防护能力，无疑是一条制备VO₂基光限幅薄膜的有效途径。

发明内容

为了解决已有的光限幅VO₂薄膜在制备过程中存在的问题，本发明提供了一种具有光限幅性能的VO₂复合薄膜的制备方法。

其工艺过程为：

1)以金属钒靶作为溅射源，在氩气条件下在洁净石英衬底上溅射200nm厚的金属V膜，衬底温度保持在200℃，溅射时间为60min，溅射功率为150W；

2)将溅射有V膜的基片放置在管式炉中，通入氮氧混合气进行退火，其中氮气与氧气的比例是10：1，退火温度为480℃，退火时间60min，冷却至室温后取出；