CN109437303B - 基于vo2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法 - Google Patents

基于vo2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法 Download PDF

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Abstract

基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，它属于智能材料微纳结构器件制备领域。本发明要解决现有VO2薄膜高温的反射较高，导致基于VO2的智能热控器件的高温发射率较低的问题。基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；或基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射层、微纳结构VO2层和保护层组成。制备方法：一、清洗基片；二、VO2薄膜制备；三、微纳结构加工；四、保护层沉积。本发明用于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件及其制备。

Description

基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法
技术领域
本发明属于智能材料微纳结构器件制备领域。
背景技术
VO2是一种热致变色材料，在温度变化时其光学性能能够发生明显变化，具体表现为：低温度时，VO2薄膜在红外波段高透过；高温时，红外光被VO2薄膜反射。VO2这种独特的光学性能非常适合用于温度自适应的智能材料。将VO2薄膜沉积在红外波段高反射的基底上，低温时透过VO2薄膜的红外波段的光被基底反射，由基底和VO2薄膜组成的器件此时整体红外波段高反射，呈低发射率；高温时，VO2薄膜红外高反射，红外光不能透过VO2薄膜，由于VO2薄膜的反射低于高反射的基底，器件整体上发射率变大，从而实现低温低发射，高温高发射的特征，非常适合做智能热控。然而，由于VO2薄膜高温的反射较高，导致基于VO2的智能热控器件的高温发射率较低，发射率变化值仅为0.3，严重制约其在热控领域应用。
发明内容
本发明要解决现有VO2薄膜高温的反射较高，导致基于VO2的智能热控器件的高温发射率较低的问题，而提供基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件及其制备方法。
本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％。
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.7以上，得到预处理后的金属基底层；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为 100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射层、微纳结构VO2层和保护层组成；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％。
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用高能脉冲磁控溅射法在半导体基底层上溅射红外高反射层，采用电抛光对红外高反射层表面抛光，直至抛光后的红外高反射层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到 0.7以上，得到预处理后的半导体基底；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为 100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的半导体基底的红外高反射层表面沉积 VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
本发明的有益效果是：
基于VO2低温高透过，高温高反射的本征特性，通过将VO2薄膜微纳结构化，利用亚波长微纳结构的减反特性，增加VO2薄膜在红外波段的低温透过和高温吸收，从而拉大VO2智能热控器件的红外发射率变化值，提高其低温保温，高温散热能力。本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的低温发射率低，高温发射率高，不同温度下发射率变化大，非常适合作为智能热控涂层，基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，发射率变化值达到0.45以上。本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件太阳吸收比低，发射率变化大，适用于空间站、微小卫星和深空探测器，提高其自主温控能力，提高热载荷。
本发明用于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件及其制备方法。
附图说明
图1为本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件采用半导体基底层时的结构示意图；1为半导体基底层，2为红外高反射层，3为微纳结构VO2层，4为保护层；
图2为本发明在VO2薄膜表面沉积SiO2单层球刻蚀制备微纳结构VO2层的流程示意图；1为SiO2单层球，2为VO2薄膜，3为微纳结构VO2层，a为反应等离子刻蚀，b为去除SiO2单层球。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％。
结合图2具体说明，本具体实施方式圆锥形结构形成机理：单层SiO2微球紧密堆积，球与球的间隙部分能够被反应的等离子体刻蚀掉，随着刻蚀深度增加，单层球对下部的影响变大，刻蚀面积变小，刻蚀结束后，去掉单层球，形成锥状结构；通过调节刻蚀工艺或SiO2微球粒径，可以实现圆锥角、高度和直径的调控。
本实施方式的有益效果是：基于VO2低温高透过，高温高反射的本征特性，通过将VO2薄膜微纳结构化，利用亚波长微纳结构的减反特性，增加VO2薄膜在红外波段的低温透过和高温吸收，从而拉大VO2智能热控器件的红外发射率变化值，提高其低温保温，高温散热能力。本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的低温发射率低，高温发射率高，不同温度下发射率变化大，非常适合作为智能热控涂层，基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，发射率变化值达到0.45以上。本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件太阳吸收比低，发射率变化大，适用于空间站、微小卫星和深空探测器，提高其自主温控能力，提高热载荷。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述的高反射金属基底层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn或Cu；所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。其它与具体实施方式二相同。
本实施方式所述的高反射金属基底层为红外高反射金属。
具体实施方式三：本实施方式基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.7以上，得到预处理后的金属基底层；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为 100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中所述的高反射金属基底层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn或Cu；步骤四中所述的保护层为Al2O3、SiO2、 ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为 20nm～200nm。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四之一不同的是：步骤三中当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，所述的特定结构的光刻胶为具有圆形图案的光刻胶；步骤三中当所述的微纳结构单元形状为长方体时，所述的特定结构的光刻胶为具有正方形图案的光刻胶。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射层、微纳结构VO2层和保护层组成；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％。
本实施方式的有益效果是：基于VO2低温高透过，高温高反射的本征特性，通过将VO2薄膜微纳结构化，利用亚波长微纳结构的减反特性，增加VO2薄膜在红外波段的低温透过和高温吸收，从而拉大VO2智能热控器件的红外发射率变化值，提高其低温保温，高温散热能力。本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的低温发射率低，高温发射率高，不同温度下发射率变化大，非常适合作为智能热控涂层，基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，发射率变化值达到0.45以上。本发明基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件太阳吸收比低，发射率变化大，适用于空间站、微小卫星和深空探测器，提高其自主温控能力，提高热载荷。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述的半导体基底层为石英、玻璃或硅；所述的红外高反射层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn、Cu、ITO或AZO，所述的红外高反射层厚度为100nm～1000nm；所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。其它与具体实施方式六相同。
本实施方式所述的红外高反射层为红外高反材料。
具体实施方式八：本实施方式基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用高能脉冲磁控溅射法在半导体基底层上溅射红外高反射层，采用电抛光对红外高反射层表面抛光，直至抛光后的红外高反射层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到 0.7以上，得到预处理后的半导体基底；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为 100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的半导体基底的红外高反射层表面沉积 VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为 20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤一中所述的半导体基底层为石英、玻璃或硅；步骤一中所述的红外高反射层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、 Zn、Cu、ITO或AZO，所述的红外高反射层厚度为100nm～1000nm；步骤四中所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九之一不同的是：步骤三中当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，所述的特定结构的光刻胶为具有圆形图案的光刻胶；步骤三中当所述的微纳结构单元形状为长方体时，所述的特定结构的光刻胶为具有正方形图案的光刻胶。其它与具体实施方式八或九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.9以上，得到预处理后的金属基底层；
二、VO2薄膜制备：
在频率为100Hz、脉宽为50微秒、功率为200W、电压为500V、温度为400℃、压强为1.5Pa、氩气流量为100sccm及氧气流量为2.5sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面沉积一层厚度为500nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形，圆锥形底面直径为500nm，高度为20nm，圆锥角为80°，且相邻微纳结构单元紧密排列；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
步骤一中所述的高反射金属基底层为Al；步骤四中所述的保护层为Al2O3，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为100nm。
对本实施例基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，得到其发射率变化值0.5。
实施例二：
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.7以上，得到预处理后的金属基底层；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz、脉宽为100微秒、功率为50W、电压为100V、温度为300℃、压强为1.5Pa、氩气流量为200sccm及氧气流量为10sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层具有圆形图案的光刻胶，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆柱形，圆柱形直径为800nm，高度为100nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的20％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
步骤一中所述的高反射金属基底层为Ni；步骤四中所述的保护层为Al2O3，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm。
对本实施例基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，得到其发射率变化值0.55。
实施例三：
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由高反射金属基底层、微纳结构VO2层和保护层组成；
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.8以上，得到预处理后的金属基底层；
二、VO2薄膜制备：
在频率为500Hz、脉宽为200微秒、功率为100W、电压为200V、温度为300℃、压强为1.5Pa、氩气流量为200sccm及氧气流量为2sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层具有正方形图案的光刻胶，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为长方体，长方体底面为正方形，且正方形边长为300nm，高度为200nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的45％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
步骤一中所述的高反射金属基底层为Mg；步骤四中所述的保护层为Nb2O5，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为50nm。
对本实施例基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，得到其发射率变化值0.57。
实施例四：
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射层、微纳结构VO2层和保护层组成；
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用高能脉冲磁控溅射法在半导体基底层上溅射红外高反射层，采用电抛光对红外高反射层表面抛光，直至抛光后的红外高反射层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到 0.9以上，得到预处理后的半导体基底；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz、脉宽为500微秒、功率为500W、电压为1000V、温度为350℃、压强为1.5Pa、氩气流量为100sccm及氧气流量为2sccm的条件下，在预处理后的半导体基底的红外高反射层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面沉积一层厚度为100nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形，圆锥形底面直径为1000nm，高度为1000nm，圆锥角为60°，且相邻微纳结构单元紧密排列；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
步骤一中所述的半导体基底层为石英；步骤一中所述的红外高反射层为Al，所述的红外高反射层厚度为500nm；步骤四中所述的保护层为SiO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm。
对本实施例基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，得到其发射率变化值0.45。
实施例五：
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件自下而上依次由半导体基底层、红外高反射层、微纳结构VO2层和保护层组成；
基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用高能脉冲磁控溅射法在半导体基底层上溅射红外高反射层，采用电抛光对红外高反射层表面抛光，直至抛光后的红外高反射层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到 0.9以上，得到预处理后的半导体基底；
二、VO2薄膜制备：
在频率为500Hz、脉宽为100微秒、功率为500W、电压为200V、温度为350℃、压强为1.5Pa、氩气流量为200sccm及氧气流量为2sccm的条件下，在预处理后的半导体基底的红外高反射层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面沉积一层厚度为1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元构成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形，圆锥形底面直径为100nm，高度为800nm，圆锥角为100°，且相邻微纳结构单元紧密排列；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
步骤一中所述的半导体基底层为硅；步骤一中所述的红外高反射层为Al，所述的红外高反射层厚度为500nm；步骤四中所述的保护层为HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为200nm。
对本实施例基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件从20℃到100℃的发射率进行测试，得到其发射率变化值0.5。

Claims (6)

1.基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用电抛光对高反射金属基底层表面抛光，直至抛光后的高反射金属基底层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.7以上，得到预处理后的金属基底层；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的金属基底层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于高反射金属基底层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占高反射金属基底层上层表面积的10％～90％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
2.根据权利要求1所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的高反射金属基底层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn或Cu；步骤四中所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。
3.根据权利要求1所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于步骤三中当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，所述的特定结构的光刻胶为具有圆形图案的光刻胶；步骤三中当所述的微纳结构单元形状为长方体时，所述的特定结构的光刻胶为具有正方形图案的光刻胶。
4.基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法是按以下步骤进行的：
一、清洗基片：
采用高能脉冲磁控溅射法在半导体基底层上溅射红外高反射层，采用电抛光对红外高反射层表面抛光，直至抛光后的红外高反射层在2.5微米～25微米的红外波段反射率达到0.7以上，得到预处理后的半导体基底；
二、VO2薄膜制备：
在频率为50Hz～500Hz、脉宽为40微秒～500微秒、功率为50W～500W、电压为100V～1000V、温度为300℃～450℃、压强为1Pa～2Pa、氩气流量为80sccm～200sccm及氧气流量为2sccm～10sccm的条件下，在预处理后的半导体基底的红外高反射层表面沉积VO2薄膜；
三、微纳结构加工：
在VO2薄膜表面涂覆一层特定结构的光刻胶或沉积一层厚度为200nm～1000nm的SiO2单层球，利用反应等离子刻蚀技术刻蚀，然后去除光刻胶或SiO2单层球，即得到微纳结构VO2层；
所述的微纳结构VO2层由多个微纳结构单元组成，且所述的多个微纳结构单元均布设置于红外高反射层上层表面；所述的微纳结构单元形状为圆锥形、圆柱形或长方体；当所述的微纳结构单元形状为圆锥形时，圆锥形底面直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，圆锥角为10°～120°，且相邻微纳结构单元紧密排列；当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，圆柱形直径为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；当所述的微纳结构单元形状为长方体时，长方体底面为正方形，且正方形边长为100nm～1000nm，高度为20nm～1000nm，且多个微纳结构单元底面积占红外高反射层上层表面积的10％～90％；
四、保护层沉积：
利用高能脉冲磁控溅射法在微纳结构VO2层表面沉积保护层，得到基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件。
5.根据权利要求4所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的半导体基底层为石英、玻璃或硅；步骤一中所述的红外高反射层为Al、Au、Ag、Mg、Ni、Zn、Cu、ITO或AZO，所述的红外高反射层厚度为100nm～1000nm；步骤四中所述的保护层为Al2O3、SiO2、ZrO2、Nb2O5或HfO2，所述的保护层上表面与微纳结构VO2层上表面之间的距离为20nm～200nm。
6.根据权利要求4所述的基于VO2薄膜的热致变色智能热控器件的制备方法，其特征在于步骤三中当所述的微纳结构单元形状为圆柱形时，所述的特定结构的光刻胶为具有圆形图案的光刻胶；步骤三中当所述的微纳结构单元形状为长方体时，所述的特定结构的光刻胶为具有正方形图案的光刻胶。
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