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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相變特性研究進展 8
1.4.1 測試方法 8
1.4.2 響應(yīng)時間 10
1.4.3 臨界場調(diào)控方法 11
1.5 VO2相變理論研究進展 12
1.5.1 焦耳熱機制 12
1.5.2 電場機制 13
1.6 復(fù)合材料導(dǎo)電機理 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 20
第2章 VO2薄膜相變理論建模與仿真計算 26
2.1 固體多粒子體系計算模擬方法 26
2.1.1 計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電場可調(diào)性計算研究 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)計算 37
2.2.3 VO2純相晶體的LDA+U不同U值計算 41
2.2.4 VO2體系電子結(jié)構(gòu)與體系總能計算 44
2.2.5 電場下VO2體系相穩(wěn)定性計算研究 49
參考文獻 57
第3章 VO2薄膜脈沖相變性能測試方法 58
3.1 引言 58
3.2 薄膜材料場致相變測試概述 59
3.2.1 強電場環(huán)境下薄膜材料電學(xué)相變性能測試的一般要求 59
3.2.2 現(xiàn)有測試方法 60
3.3 直流測試系統(tǒng) 62
3.3.1 測試電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 62
3.3.2 測試系統(tǒng)搭建 68
3.3.3 測試系統(tǒng)驗證實驗 73
3.4 脈沖測試系統(tǒng) 75
3.4.1 串聯(lián)微帶線法的原理分析 75
3.4.2 測試系統(tǒng)等效電路模型理論分析 76
3.4.3 材料性能測試與分析 83
參考文獻 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 無機溶膠-凝膠法制備VO2薄膜工藝流程 85
4.1.2 無機溶膠-凝膠法制備本征VO2薄膜 86
4.1.3 無機溶膠-凝膠法制備摻雜VO2薄膜 97
4.2 退火工藝參數(shù)對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)退火對薄膜材料的影響 102
4.3 基于摻雜與多物理場的VO2薄膜相變臨界電場強度調(diào)控
?效應(yīng)研究 109
4.3.1 摻雜VO2薄膜相變臨界電場強度的調(diào)控 109
4.3.2 多物理場對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)對相變臨界電場強度影響規(guī)律
?的研究 116
4.4.1 多相共存薄膜對VO2相變臨界電場強度調(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試 121
4.4.5 多相共存釩氧化物薄膜對相變臨界電場強度的調(diào)控 123
參考文獻 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 實驗材料與儀器 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)對薄膜的影響規(guī)律研究 134
5.2.1 濺射氣壓對薄膜形貌的影響 134
5.2.2 濺射電壓對晶體微觀生長形貌的影響 137
5.2.3 O2/Ar比對釩價態(tài)的影響 140
5.2.4 濺射溫度對晶粒生長的影響 141
5.3 退火處理對VO2薄膜的影響規(guī)律研究 142
5.3.1 氧化工藝對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VO2薄膜的影響規(guī)律 145
5.3.3 退火時間對VO2薄膜的影響規(guī)律 147
5.4 電場激勵下VO2相變性能及其調(diào)控技術(shù)研究 149
5.4.1 多價態(tài)共存的釩氧化物相變性能測試 150
5.4.2 VO2相變驅(qū)動機制的探討分析 153
參考文獻 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實驗方案 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 水熱溫度和時間對納米VO2 (B)的影響 159
6.3.2 水熱溫度和時間對納米VO2 (M)的影響 162
6.3.3 退火處理對納米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VO2相變特性的調(diào)控規(guī)律 169
6.4.2 退火條件對VO2相變特性的調(diào)控規(guī)律 172
6.5 VO2復(fù)合薄膜場致相變機理建模分析 176
參考文獻 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包覆改性實驗方案 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VO2納米顆�？寡趸�性能的影響 189
7.5 包覆改性對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 場致相變性能 192
7.6 VO2@SiO2復(fù)合薄膜相變機理建模分析 195
參考文獻 196
第8章 VO2復(fù)合薄膜場致相變機理的仿真模擬和數(shù)學(xué)建模研究 198
8.1 引言 198
8.2 VO2復(fù)合薄膜場致相變仿真模型 199
8.2.1 VO2復(fù)合薄膜實驗制備與測試 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)合薄膜場致相變機理仿真研究 203
8.3.1 電極間距對相變電壓的影響 203
8.3.2 場致相變過程中導(dǎo)電通道形成過程 204
8.3.3 真實傳熱模型下場致相變機理 205
8.3.4 理想絕熱條件下場致相變機理 206
8.4 基于熱平衡方程的VO2復(fù)合薄膜場致相變機理數(shù)學(xué)計算研究 207
8.4.1 數(shù)學(xué)計算模型 207
8.4.2 理想絕熱條件下場致相變閾值預(yù)測 208
8.4.3 真實傳熱模式下場致相變閾值預(yù)測 209
參考文獻 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)計與優(yōu)化 215
9.3.2 VO2對超材料極化性能的影響 216
9.3.3 超材料工作機理分析 217
9.3.4 VO2對超材料能量損耗的影響 220
9.3.5 實驗驗證 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)計與優(yōu)化 224
9.4.2 VO2對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 實驗驗證 229
參考文獻 230