二氧化釩場(chǎng)致相變薄膜材料-制備、性能調(diào)控及應(yīng)用
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- 出版時(shí)間：2024/2/1
- ISBN：9787030733702
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：TG
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- 紙張：
- 版次：1
- 開(kāi)本：B5
二氧化釩薄膜材料是一種在電場(chǎng)誘導(dǎo)下可以產(chǎn)生可逆“絕緣-類金屬導(dǎo)體相變”的金屬氧化物材料，對(duì)于電子信息設(shè)備的電磁脈沖防護(hù)，特別是對(duì)于具有電磁輻射信息收/發(fā)功能的電子系統(tǒng)的智能電磁脈沖防護(hù)具有重要應(yīng)用前景。本書(shū)介紹電場(chǎng)誘導(dǎo)條件下二氧化釩薄膜材料的相變機(jī)理和建模仿真方法、相變性能測(cè)試方法，詳細(xì)闡述基于溶膠-凝膠法和磁控濺射鍍膜法的二氧化釩晶體薄膜材料制備技術(shù)、基于元素?fù)诫s/多相復(fù)合摻雜和多物理場(chǎng)協(xié)同效應(yīng)的場(chǎng)致相變性能調(diào)控方法以及材料在可重構(gòu)極化轉(zhuǎn)換超材料中的應(yīng)用。
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軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)："導(dǎo)電導(dǎo)磁雙性復(fù)合電磁防護(hù)材料與測(cè)試技術(shù)研究"；（本書(shū)依托獲獎(jiǎng)項(xiàng)目）
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 VO2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 4
1.3 VO2薄膜制備技術(shù) 6
1.4 VO2相變特性研究進(jìn)展 8
1.4.1 測(cè)試方法 8
1.4.2 響應(yīng)時(shí)間 10
1.4.3 臨界場(chǎng)調(diào)控方法 11
1.5 VO2相變理論研究進(jìn)展 12
1.5.1 焦耳熱機(jī)制 12
1.5.2 電場(chǎng)機(jī)制 13
1.6 復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)理 14
1.6.1 導(dǎo)電通道理論 14
1.6.2 量子隧穿理論 17
1.6.3 場(chǎng)致發(fā)射理論 18
1.7 應(yīng)用技術(shù)研究 18
1.7.1 微波調(diào)制器件 18
1.7.2 太赫茲器件 19
1.7.3 可重構(gòu)插槽天線 20
參考文獻(xiàn) 20
第2章 VO2薄膜相變理論建模與仿真計(jì)算 26
2.1 固體多粒子體系計(jì)算模擬方法 26
2.1.1 計(jì)算物理基本研究方法選擇 26
2.1.2 基于第一性原理方法分析固體體系結(jié)構(gòu) 28
2.2 VO2 MIT電場(chǎng)可調(diào)性計(jì)算研究 32
2.2.1 模型建立與收斂性討論 32
2.2.2 VO2純相晶體的不同磁性態(tài)計(jì)算 37
2.2.3 VO2純相晶體的LDA+U不同U值計(jì)算 41
2.2.4 VO2體系電子結(jié)構(gòu)與體系總能計(jì)算 44
2.2.5 電場(chǎng)下VO2體系相穩(wěn)定性計(jì)算研究 49
參考文獻(xiàn) 57
第3章 VO2薄膜脈沖相變性能測(cè)試方法 58
3.1 引言 58
3.2 薄膜材料場(chǎng)致相變測(cè)試概述 59
3.2.1 強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下薄膜材料電學(xué)相變性能測(cè)試的一般要求 59
3.2.2 現(xiàn)有測(cè)試方法 60
3.3 直流測(cè)試系統(tǒng) 62
3.3.1 測(cè)試電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 62
3.3.2 測(cè)試系統(tǒng)搭建 68
3.3.3 測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 73
3.4 脈沖測(cè)試系統(tǒng) 75
3.4.1 串聯(lián)微帶線法的原理分析 75
3.4.2 測(cè)試系統(tǒng)等效電路模型理論分析 76
3.4.3 材料性能測(cè)試與分析 83
參考文獻(xiàn) 84
第4章 溶膠-凝膠法VO2薄膜制備及性能調(diào)控 85
4.1 VO2及其摻雜薄膜制備技術(shù)研究 85
4.1.1 無(wú)機(jī)溶膠-凝膠法制備VO2薄膜工藝流程 85
4.1.2 無(wú)機(jī)溶膠-凝膠法制備本征VO2薄膜 86
4.1.3 無(wú)機(jī)溶膠-凝膠法制備摻雜VO2薄膜 97
4.2 退火工藝參數(shù)對(duì)VO2薄膜物相的影響規(guī)律研究 99
4.2.1 直接退火工藝 100
4.2.2 預(yù)退火對(duì)薄膜材料的影響 102
4.3 基于摻雜與多物理場(chǎng)的VO2薄膜相變臨界電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)控
?效應(yīng)研究 109
4.3.1 摻雜VO2薄膜相變臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的調(diào)控 109
4.3.2 多物理場(chǎng)對(duì)VO2薄膜相變性能的協(xié)同調(diào)控效應(yīng) 113
4.4 釩氧化物薄膜多相共存狀態(tài)對(duì)相變臨界電場(chǎng)強(qiáng)度影響規(guī)律
?的研究 116
4.4.1 多相共存薄膜對(duì)VO2相變臨界電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)控的理論分析 116
4.4.2 多相共存釩氧化物的制備 118
4.4.3 多相共存釩氧化物薄膜的物相和含量分析 119
4.4.4 多相共存釩氧化物薄膜的相變溫度測(cè)試 121
4.4.5 多相共存釩氧化物薄膜對(duì)相變臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的調(diào)控 123
參考文獻(xiàn) 125
第5章 磁控濺射法VO2薄膜制備及性能調(diào)控 127
5.1 VO2薄膜制備與表征方法 127
5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器 127
5.1.2 制備步驟 128
5.1.3 表征手段 132
5.2 磁控濺射工藝參數(shù)對(duì)薄膜的影響規(guī)律研究 134
5.2.1 濺射氣壓對(duì)薄膜形貌的影響 134
5.2.2 濺射電壓對(duì)晶體微觀生長(zhǎng)形貌的影響 137
5.2.3 O2/Ar比對(duì)釩價(jià)態(tài)的影響 140
5.2.4 濺射溫度對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響 141
5.3 退火處理對(duì)VO2薄膜的影響規(guī)律研究 142
5.3.1 氧化工藝對(duì)V2O5薄膜的生成和表面形貌的影響規(guī)律 142
5.3.2 退火溫度對(duì)VO2薄膜的影響規(guī)律 145
5.3.3 退火時(shí)間對(duì)VO2薄膜的影響規(guī)律 147
5.4 電場(chǎng)激勵(lì)下VO2相變性能及其調(diào)控技術(shù)研究 149
5.4.1 多價(jià)態(tài)共存的釩氧化物相變性能測(cè)試 150
5.4.2 VO2相變驅(qū)動(dòng)機(jī)制的探討分析 153
參考文獻(xiàn) 155
第6章 水熱法VO2復(fù)合薄膜制備及性能調(diào)控 156
6.1 引言 156
6.2 水熱法制備VO2實(shí)驗(yàn)方案 157
6.2.1 主要化學(xué)試劑與設(shè)備 157
6.2.2 制備方法 158
6.2.3 表征與測(cè)試方法 158
6.3 納米VO2微觀形貌表征與分析 159
6.3.1 水熱溫度和時(shí)間對(duì)納米VO2 (B)的影響 159
6.3.2 水熱溫度和時(shí)間對(duì)納米VO2 (M)的影響 162
6.3.3 退火處理對(duì)納米VO2 (M)的影響 165
6.4 水熱法制備納米VO2相變特性調(diào)控方法研究 169
6.4.1 水熱條件對(duì)VO2相變特性的調(diào)控規(guī)律 169
6.4.2 退火條件對(duì)VO2相變特性的調(diào)控規(guī)律 172
6.5 VO2復(fù)合薄膜場(chǎng)致相變機(jī)理建模分析 176
參考文獻(xiàn) 178
第7章 包覆改性VO2納米顆粒的制備及其相變特性調(diào)控方法研究 182
7.1 引言 182
7.2 VO2包覆改性實(shí)驗(yàn)方案 183
7.2.1 主要化學(xué)試劑與設(shè)備 183
7.2.2 VO2@SiO2制備方法 184
7.2.3 表征方法 184
7.3 VO2@SiO2納米顆粒表征與分析 185
7.3.1 微觀結(jié)構(gòu)分析 185
7.3.2 晶型結(jié)構(gòu)分析 187
7.4 包覆改性對(duì)VO2納米顆�？寡趸阅艿挠绊� 189
7.5 包覆改性對(duì)VO2復(fù)合薄膜相變特性的調(diào)控規(guī)律研究 191
7.5.1 溫致相變性能 191
7.5.2 場(chǎng)致相變性能 192
7.6 VO2@SiO2復(fù)合薄膜相變機(jī)理建模分析 195
參考文獻(xiàn) 196
第8章 VO2復(fù)合薄膜場(chǎng)致相變機(jī)理的仿真模擬和數(shù)學(xué)建模研究 198
8.1 引言 198
8.2 VO2復(fù)合薄膜場(chǎng)致相變仿真模型 199
8.2.1 VO2復(fù)合薄膜實(shí)驗(yàn)制備與測(cè)試 199
8.2.2 復(fù)合薄膜仿真模型 201
8.3 基于有限元法的VO2復(fù)合薄膜場(chǎng)致相變機(jī)理仿真研究 203
8.3.1 電極間距對(duì)相變電壓的影響 203
8.3.2 場(chǎng)致相變過(guò)程中導(dǎo)電通道形成過(guò)程 204
8.3.3 真實(shí)傳熱模型下場(chǎng)致相變機(jī)理 205
8.3.4 理想絕熱條件下場(chǎng)致相變機(jī)理 206
8.4 基于熱平衡方程的VO2復(fù)合薄膜場(chǎng)致相變機(jī)理數(shù)學(xué)計(jì)算研究 207
8.4.1 數(shù)學(xué)計(jì)算模型 207
8.4.2 理想絕熱條件下場(chǎng)致相變閾值預(yù)測(cè) 208
8.4.3 真實(shí)傳熱模式下場(chǎng)致相變閾值預(yù)測(cè) 209
參考文獻(xiàn) 210
第9章 基于VO2的可重構(gòu)極化轉(zhuǎn)換超材料研究 212
9.1 引言 212
9.2 VO2相變油墨制備與優(yōu)化 213
9.3 溫控可重構(gòu)極化轉(zhuǎn)換超材料 215
9.3.1 單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 215
9.3.2 VO2對(duì)超材料極化性能的影響 216
9.3.3 超材料工作機(jī)理分析 217
9.3.4 VO2對(duì)超材料能量損耗的影響 220
9.3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 222
9.4 電控可重構(gòu)極化轉(zhuǎn)換超材料 224
9.4.1 單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 224
9.4.2 VO2對(duì)超材料工作性能的影響 226
9.4.3 可重構(gòu)超材料能量損耗分析 227
9.4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 229
參考文獻(xiàn) 230
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