Características y aplicaciones del dióxido de vanadio preparado mediante pulverización catódica por magnetrón
pulverización catódica por magnetrónAmpliamente utilizado en la preparación de películas delgadas VO2, el material objetivo es generalmente muy puro vanadio metal, el vacío de fondo es generalmente superior a 10-3Pa, y la cámara de vacío se llena con oxígeno y argón. Pulverización catódica, Ar + bombardeo de iones V objetivo pulverización catódica átomos de V y átomos de O en la superficie del sustrato combinado y depositado para formar óxidos de vanadio, la preparación de la película por lo general contienen V2O3, VO2, V2O5 óxidos de vanadio, pero mediante el ajuste de la presión parcial de oxígeno, temperatura de deposición y la base de destino espaciamiento, películas de alta calidad VO2 se pueden preparar.
Características del dióxido de vanadio
Película altamente uniforme y continua
La tecnología de pulverización catódica por magnetrón es capaz de depositar material uniformemente sobre un sustrato, produciendo una película continua sin grietas ni defectos significativos. Esto es especialmente importante para garantizar la funcionalidad de la película, ya que la consistencia de las propiedades físicas es fundamental para la respuesta térmica y eléctrica del VO₂.
Espesor y composición de la película controlados
Mediante el control preciso de los parámetros de pulverización catódica, como la potencia, la presión del aire, el tiempo de pulverización catódica y la distancia entre el blanco y el sustrato, es posible ajustar con precisión el grosor y la composición de la película. Esto es esencial para conseguir propiedades de cambio de fase específicas del VO₂ (por ejemplo, la transformación de aislante a metal a una temperatura determinada).
Excelentes propiedades de cambio de fase
El principal atractivo de las películas de VO₂ es su capacidad única de cambio de fase sensible a la temperatura, que puede mantenerse y reproducirse eficazmente mediante pulverización catódica por magnetrón. A temperaturas ambiente próximas a 68 °C, las películas de VO₂ pueden pasar rápidamente de un estado aislante a uno metálico, cambio que va acompañado de modificaciones significativas de la conductividad y las propiedades ópticas.
Propiedades ópticas y eléctricas mejoradas
Ajustando las condiciones de pulverización catódica, como la temperatura del sustrato y la atmósfera de pulverización catódica (por ejemplo, el contenido de oxígeno), puede optimizarse la estructura de la película para mejorar su transmitancia óptica y su conductividad eléctrica. En aplicaciones de ventanas inteligentes, por ejemplo, esta optimización puede mejorar su capacidad para regular el calor y la luz.
Mayor aprovechamiento del material y productividad
El alto aprovechamiento del material objetivo en el proceso de pulverización catódica por magnetrón y el hecho de que el equipo suela tener una tasa de deposición elevada se traducen en una alta productividad y unos costes de producción reducidos.
Amplia gama de adaptaciones del sustrato
El sputtering por magnetrón puede realizarse sobre muchos tipos de sustratos, como vidrio, plástico y metal, lo que amplía la gama de aplicaciones de las películas de VO₂, como la posibilidad de aplicarlas a superficies plegables u objetos con diferentes formas.
Respetuoso con el medio ambiente y poco contaminante
El sputtering de magnetrón suele considerarse un método de preparación más respetuoso con el medio ambiente que otros métodos como la deposición química de vapor, ya que utiliza menos precursores y no implica el uso de productos químicos altamente tóxicos.
Aplicaciones del dióxido de vanadio
Dispositivo de terahercios de dióxido de vanadio
El rango de longitudes de onda de 0,03~3mm se define como terahercios, que contiene ondas electromagnéticas con frecuencias en el rango de 0,1THz a 10THz, entre las bandas de longitud de onda de microondas e infrarrojos. En sus inicios, el terahercio se conocía con distintos nombres en diferentes campos: infrarrojo lejano se utilizaba en el campo óptico, y onda submilimétrica, ultramicroondas, etc., en el campo electrónico. La tecnología de terahercios ha sido reconocida como una de las "diez tecnologías que cambiarán el mundo en el futuro". La transición de fase del dióxido de vanadio permite absorber frecuencias específicas de ondas de terahercios, aprovechando esta propiedad del material para fines de conmutación. Por un lado, debido a la impedancia de la película y el sustrato y la impedancia del entorno externo es igual, la estructura de absorción no producirá reflexión, por lo que la onda de terahercios no se reflejará; y la resonancia de la onda de terahercios y la capa superior de la estructura de anillo de metal para producir uno o más picos de absorción, y al mismo tiempo, la película de metal para que los terahercios no se puede pasar a través del dispositivo, y, finalmente, la absorptance del absorbedor será un cambio en la tasa de absorción, el uso de tal principio para hacer que el absorbedor.
Material para discos
Los materiales con propiedades ópticas biestables pueden convertirse en soportes ópticos de almacenamiento de datos, y la película Vo2 pertenece precisamente a este tipo de materiales, y la transición entre sus dos estados estables es reversible, por lo que puede utilizarse como material de soporte de discos ópticos legibles, grabables y borrables. Se ha comprobado que los datos almacenados en las películas Vo2 pueden mantenerse durante un largo periodo de tiempo y soportar cambios de temperatura ambiente e irradiación ultravioleta.
Dispositivos de conmutación óptica
Con un cambio de fase de la resistencia de hasta 5 órdenes de magnitud antes y después del cambio de fase de VO2 y un tiempo de conversión de nanosegundos, VO2 se puede utilizar como un interruptor térmico o un sensor térmico para realizar el control automático de los circuitos. Los conmutadores ópticos utilizan VO2 en la región visible e infrarroja de la transmitancia del cambio repentino, mediante la adición de algún tipo de excitación, y en última instancia, lograr la transmisión y la reflexión del encendido y apagado, que se conoce como el modulador de luz. Onda de terahercios se encuentra en el microondas y el infrarrojo entre las ondas electromagnéticas, es el último espectro electromagnético que se desarrollará en la región espectral, en la dirección de las comunicaciones de banda ancha, la detección biológica, propiedades de los materiales semiconductores de la investigación tiene un gran valor de aplicación.
Capa de protección láser para detectores de infrarrojos
De acuerdo con la gran diferencia de transmitancia IR antes y después de la transición de fase del VO2, podemos utilizar la película de VO2 como capa protectora contra la radiación láser IR. Cuando se expone a la radiación de pulsos láser, puede experimentar rápidamente una transición de fase metálica-semiconductora, con una alta transmitancia IR antes de la transición de fase y una reflectancia IR muy alta después de la transición de fase. En ausencia de radiación láser, la película de VO2 muestra una alta transmitancia infrarroja, el trabajo normal del dispositivo infrarrojo no se ve afectado; cuando se somete a la radiación láser, la película de VO2 en el período ultracorto de tiempo, el cambio de fase al estado metálico, esta vez con alta reflectividad infrarroja, bloqueando la transmisión de la luz de radiación, para lograr el propósito de proteger el detector.
Revestimiento inteligente para ventanas
Cuando el dióxido de vanadio experimenta una transición de fase aislante-metal, sus propiedades ópticas también experimentan un cambio repentino. Este dispositivo óptico recubierto con una fina película de VO2 se controla cuando las condiciones eléctricas, ópticas y térmicas suministradas externamente inducen una transición de fase del material VO2, la alta transmitancia del estado aislante antes de la transición de fase y la alta reflectancia del estado metálico después de la transición de fase, que es el principio del material de dióxido de vanadio aplicado a la ventana inteligente. Esta ventana inteligente de dióxido de vanadio puede regularse reversiblemente con el efecto de la temperatura sobre la transición de fase. En particular, la luz de la banda infrarroja impide eficazmente la absorción de la luz infrarroja exterior, manteniendo así una temperatura interior constante. Por el contrario, cuando la temperatura exterior es inferior a la temperatura del cambio de fase de la película, la transmitancia de la luz aumentará, lo que incrementa adecuadamente la temperatura de la habitación. Aprovechando al máximo los dones de la naturaleza, el uso de materiales VO2 para regular y mantener de forma flexible la temperatura ambiente es beneficioso para el objetivo del desarrollo sostenible.
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