Significant improvement of the performance of ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2 thermochromic coatings by utilizing a second-order interference

Abstract

Tématem článku jsou termochromické povlaky založené na VO2, připravené reaktivním magnetronovým naprašováním. Kombinujeme čtyři cesty jak zlepšit vlastnosti povlaků a jejich aplikační potenciál. Za prvé: reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování s pulzní kontrolou toku O2 nám umožnilo připravit krystalický VO2 se správnou stechiometrií za podmínek velmi příznivých pro průmysl: bez předpětí na substrátech a za nízké teploty substrátů 330 °C. Za druhé: dopování VO2 pomocí W (vedoucí na V1–xWxO2, v této práci x = 0,012) nám umožnilo posunout teplotu termochromického přechodu směrem k pokojové teplotě (v této práci 39 °C), bez ústupků ohledně vlastností povlaků. Za třetí: využili jsme antireflexní vrstvy ZrO2 nad i pod termochromickou vrstvou V1–xWxO2 a ukazujeme optimální design výsledných povlaků ZrO2/V1–xWxO2/ZrO2. Především ukazujeme, že zatímco interference prvního řádu na ZrO2 vede ke kompromisům mezi transmitancí ve viditelném spektru s ohledem na citlivost lidského oka (Tlum) a modulací střední transmitance vážené intenzitou slunečního záření (∆Tsol), využití interference druhého řádu umožňuje optimalizovat Tlum a ∆Tsol současně. Za čtvrté: dolní vrstva ZrO2 dále zvyšuje krystalinitu VO2 a reprodukovatelnost depozičního procesu. Optimální experimentální tloušťky ZrO2 jsou v souladu s předpovědí. Výsledky jsou důležité pro design a nízkoteplotní přípravu účinných a trvanlivých termochromických povlaků založených na VO2 pro aplikace na chytrých oknech.