Vysoce účinné termochromické povlaky ZrO2/V1-xWxO2/ZrO2 s nízkou přechodovou teplotou připravené na skle pomocí reaktivního pulzního plazmatu

Abstract

Disertační práce se zabývá přípravou a charakterizací termochromických povlaků na bázi VO2 se zaměřením na jejich použití na tzv. chytrá okna. Celá práce je členěna do osmi kapitol. První a druhá kapitola jsou věnovány úvodu a shrnutí současného stavu poznání. Ve třetí kapitole jsou stanoveny cíle disertační práce. Ve čtvrté kapitole je detailně představena použitá metoda založená na reaktivním vysokovýkonovém pulzním magnetronovém naprašování s řízeným pulzním napouštěním kyslíku do depoziční komory, která umožňuje přípravu vysoce účinných VO2 vrstev za relativně nízkých teplot substrátu (330 °C) a bez předpětí na substrátu. Dále jsou zde popsány použité metody charakterizace připravených povlaků. V závěru kapitoly je představen optický model využívající dvou antireflexních ZrO2 vrstev, který byl vyvinut za účelem dosažení co nejlepších optických vlastností termochromických povlaků. Pátá kapitola je věnována dosaženým výsledkům a je členěna do tří částí. V první části byla experimentálně ověřena správnost zmíněného optického modelu. Využití dvou antireflexních ZrO2 vrstev o tloušťce 180 nm vedlo k významnému zvýšení hodnot Tlum a dTsol připravených povlaků. Druhá část je věnována optimalizaci metody přípravy za účelem snížení teploty přechodu termochromických povlaků. Toho bylo dosaženo dopováním VO2 wolframem. Výsledkem pak byl termochromický povlak s teplotou přechodu 20 °C a excelentní kombinací hodnot Tlum téměř 50% a dTsol > 10%. Ve třetí části byla provedena rozsáhlá studie procesu přípravy termochromických povlaků s cílem zvýšit aplikační potenciál navržené depoziční techniky. Výsledkem byly nové depoziční parametry pro přípravu termochromických vrstev V1-xWxO2, které díky nižší maximální hodnotě hustoty výkonu na vanadovém terči během výbojového pulzu kladou mnohem nižší nároky na použitý zdroj napětí v případě přenosu metody přípravy na depoziční zařízení používající terče o velkých plochách. Dalšího zdokonalení procesu přípravy termochromických povlaků bylo dosaženo deponováním antireflexních vrstev ve stejné komoře, ve které byly deponovány termochromické vrstvy. Kromě urychlení procesu tím bylo také zabráněno možné kontaminaci povrchů vrstev mezi jednotlivými depozicemi vlivem jejich vystavení atmosféře. Všechny termochromické povlaky v této části byli kromě klasického sodnovápenatého skla připraveny také na ultratenkém (0,1 mm) flexibilním skle, které je považováno za mimořádně perspektivní pro přípravu termochromických povlaků na bázi VO2 ve velkých depozičních zařízeních využívajících metodu roll-to-roll. Povlaky připravené na obou substrátech vykazovaly dobré termochromické vlastnosti zejména s ohledem na nízkou přechodovou teplotu Ttr = 22 °C a významně nižší (oproti většině laboratoří) teplotu substrátu Ts = 330 °C. Nově nalezené depoziční podmínky se staly základem pro první přenos metody přípravy termochromických povlaků z laboratorních podmínek (ZČU) na velké depoziční zařízení (Fraunhofer Institute FEP). V šesté kapitole jsou shrnuty dosažené výsledky. Sedmá a osmá kapitola pak obsahují seznam použité literatury a seznam prací disertanta.