香港城市大学朱剑豪团队Adv. Mater.：可用于室温的VO2/TiN等离子体热变色智能涂层

【引言】

热变色智能涂层是一种可以根据温度变化智能地控制太阳辐射量的神奇材料。这些涂层在高温下能够阻挡红外(IR)辐射，同时还能使其在低温下通过。二氧化钒(VO₂)由于可逆相变和优异的红外透过率调制性能，是一种极具发展前景的热致变色材料。最近，有学者报道了将VO₂与氮化钛(TiN)等离子体纳米颗粒结合以制成可用于室温的智能涂层。

【成果简介】

近日，香港城市大学的朱剑豪教授和Qi Hao(共同通讯作者)等人在Adv. Mater.上发布了一篇关于智能涂层材料的文章，题为“VO₂/TiN Plasmonic Thermochromic Smart Coatings for Room-Temperature Applications”。这篇文章介绍了通过热致变色VO₂与等离子体TiN纳米颗粒杂交来制备二氧化钒/氮化钛(VO₂/TiN)智能涂层。VO₂/TiN涂层可根据环境温度和照明强度动态的控制红外辐射，在28°C的强光下可以阻挡红外光，但在弱光照条件下或在20°C的低温下透过红外光。 VO₂/TiN涂层具有高达51％的良好整体可见光透射率和在2000nm下高达48%的IR切换效率。 这些独特的优势使得VO₂/TiN可以用作智能节能窗户。

【图片导读】

图1 氧化钛SEM、XPS和XRD图

(a) TiOx纳米颗粒的大面积SEM图像；

(b-c) 比例尺为200nm的纳米颗粒阵列高分辨率SEM图像；

(d) TiOxNy和TiN纳米阵列在Ti 2p核心区域的XPS谱和相应拟合线；

(e) 氮化2小时和10小时后TiOxNy和TiN样品的XRD图谱；

(f) 石英衬底上的TiOx，TiOxNy和TiN纳米阵列的紫外可见吸收光谱(UV-vis)光谱。

图2 VO₂薄膜表征

(a) TiN纳米颗粒上退火态VO2薄膜的SEM图像；

(b) VO2晶体的XRD图；

(c) VO2/TiN膜电阻率的热滞后回路；

(d) 石英上VO2/TiN涂层的光学照片；

(e-f) 20℃和80℃温度下纯VO2和VO2/TiN涂层的透射光谱。

图3 VO2/TiN涂层室温下的性能测试

(a) 用作智能窗户涂层的混合VO2/TiN材料示意图；

(b) 双玻璃装置的测量和相应的实验装置；

(c) VO2 / TiN涂层的IR开关特性；

(d) 纯VO2和VO2 / TiN涂层的相变效率；

(e) IR辐射强度和环境温度变化转换效率的2D图。

【小结】

这篇文章介绍了可以根据辐照强度和环境温度智能地控制红外透过率的VO₂/TiN涂层。通过纳米掩模辅助蒸发与TiO_x纳米粒子直接氮化结合制造厘米级的TiN等离子体纳米阵列。在适当的光照激发下，VO₂ / TiN智能涂层能够在28°C时阻挡70％的IR辐射，同时在20°C时显示出良好的IR透明度。此外，VO₂/TiN涂层在2000nm处具有高达51％的整体可见光透射率和48％的NIR转换效率，这些优势使VO₂/TiN成为可在室温应用的智能涂层。通过引入元素掺杂，优化等离子体光谱，并使用隔热涂层减少对流，可以进一步改善热致变色性能。

文献链接：VO₂/TiN Plasmonic Thermochromic Smart Coatings for Room-Temperature Applications (Adv. Mater., 19 January, 2018 , DOI: 10.1002/adma.201705421）

本文由材料人编辑部纳米学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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