Nízkoteplotní škálovatelná syntéza silně termochromických povlaků na bázi VO2 s nízkou přechodovou teplotou

Abstract

Silně termochromické povlaky YSZ/V0.986W0.014O2/YSZ (YSZ označuje ytriem stabilizovaný ZrO2) byly připraveny pomocí škálovatelné techniky magnetronového naprašování na běžném sodno-vápenatém skle při relativně nízké teplotě povrchu substrátu (Ts = 350 °C) a bez jakéhokoli předpětí na substrátu. Termochromické vrstvy V0.986W0.014O2 byly syntetizovány magnetronovým naprašováním s hlubokými oscilacemi a pulzní regulací toku reaktivního plynu z V-W terče. Antireflexní vrstvy YSZ byly deponovány pomocí řízeného vysokovýkonového pulzního magnetronového naprašování ze Zr-Y terče. Design povlaku využívající interferenci druhého řádu u vrstev YSZ byl použit jak ke zvýšení integrální transmitance ve viditelné oblasti (Tlum), tak modulace solární transmitance (Tsol). Kompaktní krystalická struktura dolní antireflexní vrstvy dále zlepšuje krystalinitu VO2, zatímco horní antireflexní vrstva poskytuje mechanickou a environmentální ochranu pro termochromickou vrstvu. Povlaky YSZ/V0.986W0.014O2/YSZ vykazují přechodovou teplotu Ttr = 33-35 °C s Tlum = 64,5 % a Tsol = 7,8 % pro tloušťku V0.986W0.014O2 37 nm či Tlum = 46,1 % a Tsol = 13,2 % pro tloušťku V0.986W0.014O2 67 nm. Bylo zjištěno, že nastavení množství O2 ve směsi plynů určuje nejen elementární a fázové složení filmů a jejich depoziční rychlost, ale také krystalinitu termochromické fáze VO2 v nich. Výsledky jsou důležité pro další zlepšení této nové škálovatelné techniky magnetronového naprašování pro rychlou (53 nm min-1) syntézu vysoce účinných trvanlivých termochromických vrstev na bázi VO2 určených pro aplikaci na chytrá okna. Dále byly připraveny silně termochromické povlaky YSZ/V0.855W0.018Sr0.127O2/SiO2 (další zvýšení obsahu Sr vedlo k postupnému snižování Tsol na nulu) pomocí škálovatelné depoziční techniky na standardním skle při nízké Ts = 320 °C a bez jakéhokoli předpětí na substrátu. Reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování s pulzní zpětnovazebnou kontrolou O2 umožnilo přípravu krystalického stechiometrického VO2 dopovaného wolframem a stronciem. Dopování VO2 wolframem snižuje jeho Ttr, zatímco dopování VO2 stronciem významně zvyšuje Tlum. Design termochromických povlaků opět využívá interferenci druhého řádu. Připravené vrstvy vykazují Ttr = 22 °C, Tlum = 63,7 % (nízkoteplotní fáze) či 60,7 % (vysokoteplotní fáze) a Tsol = 11,2 %. Taková kombinace vlastností (spolu s nízkou Ts) splňuje požadavky na velkoplošnou implementaci VO2 na prosklené části budov a dosud nebyla v odborné literatuře představena.