臺灣博碩士論文加值系統

本研究以溶膠凝膠法（sol-gel）結合旋轉塗佈法（spin-coating）在玻璃上製備VO2薄膜，並用UV-Vis / NIR光譜儀測量在不同條件下，VO2薄膜的光學性質，再以SEM和XRD觀察VO2薄膜的表面型態和結晶性質，及利用拉力試驗機量測薄膜附著力。
研究結果顯示，鍛燒溫度475~500℃時，VO2薄膜的熱致變效果最佳。另外，研究發現摻雜W6+可使VO2熱致變溫度，從68℃下降至接近30℃。然而，加入SiO2會抑制VO2成核，但可提升薄膜透光度。VO2薄膜在玻璃上的附著力與鍛燒溫度成正比關係，但會受W6+摻雜量的影響。

In this study, a combination technique, sol-gel method and spin-coating was used to prepare the VO2 thin film. The optical property of the prepared thin film was characterized by the UV-Vis / NIR Spectrometer. In addition, analytical instruments of SEM and XRD were also employed to investigate the morphology and the crystallinity of the synthesized VO2 thin film. Furthermore, Universal tester was applied to study the adherence between VO2 thin film and glass.
Results showed that the synthesized VO2 thin film had a better thermochromic effect during the calcination temperature between 475 to 500℃. Moreover, the thermochromic transition temperature can be tuned down from 68℃ to 30℃ as a small amounts of W6+ were doped into the VO2 thin film. However, while SiO2 was added into the film, an inhibition of the VO2 nucleation was observed, but the transparency was enhanced simultaneously. Further, the adherence of the synthesized film depended on both factors of calcination temperature and amounts of W6+ dopant. The adherence was almost linearly increased with calcination temperature.

中文摘要………………………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………………………………iii
目錄……………………………………………………………………………………iv
圖、表目錄……………………………………………………………………………vii
第一章 緒論
1-1 前言…………………………………………………………………………..1
1-1-1熱致變二氧化釩（VO2）概述………………………………………….2
1-1-2 熱致變性（Thermochromism）………………………………………2
1-1-3 光致變性（Photochromism）………………………………………...3
1-1-4 電致變性（Electrochromism）……………………………………….3
1-2 理論基礎與文獻回顧………………………………………………………..4
1-2-1 二氧化釩（VO2）背景資料…….……………………………………4
1-2-2 VO2晶體……………………………………………….……………...6
1-2-3 VO2的遲滯迴圈………………………………….………………….11
1-2-4 VO2的相轉變溫度………………………….……………………….12
1-2-5 VO2相轉變與基板之關係………………………….……………….14
1-3 氧化還原原理概述…………………………………………………………16
1-4 溶膠凝膠法原理概述………………………………………………………19
1-4-1 溶膠凝膠反應機構………………………………………………….19
1-4-2 溶膠凝膠控制變因………………………………………………….21
1-4-3 凝膠的乾燥………………………………………………………….22
1-5 旋轉塗佈原理概述…………………………………………………………24
1-6 研究目的……………………………………………………………………25
第二章 實驗方法
2-1 實驗藥品與氣體……………………………………………………………26
2-2 實驗步驟……………………………………………………………………27
2-3 薄膜的特性鑑定……………………………………………………………29
第三章 結果與討論
3-1 溶膠黏度對鍍膜的影響……………………………………………………30
3-2 薄膜樣品表面檢視…………………………………………………………32
3-2-1 鍛燒氣體對VO2薄膜表面顏色的影響……………………………32
3-2-2 鍛燒溫度對VO2薄膜表面顏色的影響……………………………32
3-2-3 摻雜物對VO2薄膜表面顏色的影響………………………………33
3-3 SEM薄膜型態量測…………………………………………………………37
3-3-1 鍛燒氣體對VO2薄膜表面型態的影響……………………………38
3-3-2 鍛燒溫度對VO2薄膜表面型態的影響……………………………40
3-3-3 摻雜物對VO2薄膜表面型態的影響………………………………40
3-4 XRD薄膜結晶量測…………………………………………………………43
3-4-1 鍛燒氣體對VO2薄膜結晶型態的影響……………………………43
3-4-2 鍛燒溫度對VO2薄膜結晶型態的影響……………………………45
3-5 UV-Vis / NIR Spectrometer薄膜IR穿透度量測………………...…………47
3-5-1 鍛燒氣體對VO2薄膜IR穿透度的影響…………………………...47
3-5-2 鍛燒溫度對VO2薄膜IR穿透度的影響…………………………...48
3-5-3摻雜物對VO2薄膜IR穿透度的影響………………………………48
3-6薄膜附著力量測…………………………………………………………….55
第四章 結論…………………………………………………………………………...58
第五章 參考文獻……………………………………………………………………...59


圖、表目錄

圖1-1（a）二氧化釩結構圖（Monoclinic）單斜體………………………………………4
圖1-1（b）二氧化釩結構圖（Tetragonal）四方體……………………………………….5
圖1-2 tetragonal rutile（TR）與monoclinic（M）分子軌域概要圖……………………5
圖1-3 VO2（B）結構圖…………………………………………………………………6
圖1-4 左為VO2(B)、右為V6O13之關係圖……………………………………………7
圖1-5 VO2（B）沿著「0 1 0」的投射……………………………………………………...7
圖1-6 VO2（A）沿著「0 0 1」的投射……………………………………………………..8
圖1-7 VO2(R)結構圖………………………………………………………………….9
圖1-8 （a）VO2（R）沿著「0 0 1」的投射（b）沿「0 1 0」的投射…………………………9
圖1-9 （a）VO2（M）沿著「1 0 0」的投射；（b）沿「0 1 0」的投射………………………10
圖1-10　溶膠凝膠法各種應用示意圖……………………………………………….19
圖1-11 水解與縮合反應機構…………………………………………………………20
圖1-12 不同催化條件的溶凝膠結構………………………………………………...21
圖1-13 旋轉塗佈示意圖……………………………………………………………...24
圖2-1 實驗流程……………………………………………………………………….28
圖3-1 VO2溶膠於不同溫度之黏度…………………………………………………...31
圖3-2 以草酸還原之氧化釩溶液顏色變化………………………………………….34
圖3-3 VO2薄膜於不同氣體鍛燒之表面顏色………………………………………...34
圖3-4 VO2薄膜於不同溫度鍛燒之表面顏色………………………………...............35
圖3-5 摻雜不純物之VO2薄膜的表面顏色……………...…………………………..36
圖3-6 VO2薄膜之EDS分析圖………………………………………………………..37
圖3-7摻雜W6+之VO2薄膜的EDS分析圖…………………………………………...37
圖3-8 鍛燒氣體對VO2薄膜表面的影響在10K與50K倍率之SEM圖....................39
圖3-9 鍛燒溫度對VO2薄膜表面的影響之SEM圖…………………………………41
圖3-10 VO2薄膜受拉力破壞前後比較之SEM圖…………………………………...42
圖3-11摻雜不純物對VO2薄膜表面的影響之SEM圖…………................................42
圖3-12 玻璃基板之XRD圖…………………………………………………………..44
圖3-13 不同鍛燒氣體之VO2薄膜的XRD圖…………………………......................44
圖3-14 不同鍛燒溫度之VO2薄膜的XRD圖………………………………………..46
圖3-15摻雜W6+對VO2薄膜結晶的影響之XRD圖……………................................46
圖3-16 VO2薄膜之遲滯迴圈………………………………………………………….49
圖3-17空氣中製備VO2薄膜的IR穿透率變化………………………………………49
圖3-18 VO2薄膜在25℃~100℃之IR穿透率變化的情形…………………………...50
圖3-19鍛燒氣體對VO2薄膜熱致變在2400nm波長之影響………………………...51
圖3-20 鍛燒溫度對VO2薄膜在2400nm波長之影響…….........................................52
圖3-21摻雜W6+之VO2薄膜的遲滯迴圈……………………………………………..53
圖3-22 摻雜量W6+/V4+對相轉變溫度的影響……………………………………….53
圖3-23摻雜量SiO2 / V4+對穿透度的影響……………………………………………54
圖3-24摻雜量SiO2 / V4+對相轉變溫度的影響………………………………………54
圖3-25 鍛燒溫度對VO2薄膜與基板間附著力之影響……………………………...56
圖3-26摻雜量W6+/V4+對VO2薄膜與基板間附著力之影響………………………...57
表1-1 各二氧化釩型態的密度……………………………………………………….8
表1-2 VO2薄膜於不同基板之相轉變溫度…………………………………………14
表1-3 氧化還原反應定義…………………………………………………………….17
表1-4 氧化劑與還原劑……………………………………………………………….17
表1-5 各價數氧化釩特性…………………………………………………………….17
表1-6 部份氧化還原劑……………………………………………………………….18

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