Nízkoteplotní depozice vysoce funkčních termochromických povlaků na bázi VO2 použitím pulzního reaktivního magnetronového naprašování

Abstract

Oxid vanadičitý je díky svému reverzibilnímu fázovému přechodu prvního řádu z polovodičového do kovového stavu technologicky důležitý tenkovrstvý materiál s velkým aplikačním potenciálem (např. chytrá okna). Tato disertační práce se zabývá přípravou a charakterizací termochromických povlaků na bázi VO2. Práce je rozdělena do pěti kapitol. Kapitola I je věnována obecnému úvodu a seznámení s problematikou. V kapitole II jsou definovány cíle disertační práce. Kapitola III je nejrozsáhlejší a obsahuje popis dosažených výsledků. Tato kapitola je rozdělena do sedmi částí ve formě šesti vědeckých článků publikovaných v prestižních mezinárodních časopisech a jednoho konceptu vědeckého článku připravovaného pro publikaci v prestižním mezinárodním časopise. Výjimečných výsledků bylo dosaženo v poslední části zabývající se termochromickými povlaky na bázi VO2 připravenými reaktivním magnetronovým naprašováním na sodnovápenaté sklo. Kombinujeme zde čtyři způsoby, jak zlepšit funkčnost povlaků, a tak zvýšit jejich aplikační potenciál. Za prvé, reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování s pulzním řízením toku O2 bylo použito pro přípravu krystalických VO2 vrstev se správnou stechiometrií za podmínek výjimečně příznivých pro průmysl: bez předpětí na substrátu a při nízkých depozičních teplotách 300 °C. Za druhé, dopování VO2 wolframem (V1-xWxO2, v této práci x = 0.018) pomocí pulzního dc reaktivního magnetronového naprašování umožnilo snížit teplotu fázového přechodu z polovodičového do kovového stavu na 20 °C bez zhoršení vlastností povlaku. Za třetí, antireflexní ZrO2 vrstvy jak pod, tak nad termochromickou vrstvou V0.982W0.018O2 byly deponovány při nízkých teplotách substrátu (< 100 °C) pomocí duálního reaktivního mid-frequency ac magnetronového naprašování. Byl navržen optimální design povlaku využívající interferenci druhého řádu ZrO2 vrstev pro optimalizaci jak integrální transmitance ve viditelné oblasti, Tlum, tak modulace solární transmitance, DTsol. Za čtvrté, krystalická struktura spodní ZrO2 vrstvy dále zlepšuje krystalinitu VO2 vrstvy a reprodukovatelnost procesu. Za páté, horní ZrO2 vrstva poskytuje mechanickou a chemickou (zabránění kontaktu s atmosférou) ochranu V0.982W0.018O2 vrstev. Ukazujeme základní charakteristiky aplikované depoziční techniky a navrhovaného třívrstvého povlaku s hodnotami Tlum až 60 % a DTsol blízko 6 % pro povlaky s tloušťkou V0.982W0.018O2 vrstvy 45 nm a s hodnotami Tlum až 50 % a DTsol nad 10 % pro povlaky s tloušťkou V0.982W0.018O2 vrstvy 69 nm. Kapitola IV je věnována závěrům disertační práce. V kapitole V jsou uvedeny další publikace kandidáta.