Page 56 - 《精细化工》2020年第8期

·1554· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

调控 VO 2 相变温度与性能的因素，总结了近年来
VO 2 的应用进展，最后对 VO 2 的发展趋势进行了展
望，期望对相关领域的研究者具有借鉴作用。

1 VO 2 的制备方法

目前，VO 2 的制备方法主要包括化学法和物理法。

化学法主要有水热法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法
图 1 VO 2 的相结构转变示意图 等。物理法主要有磁控溅射法、脉冲激光沉积法等。此
Fig. 1 Phase structure transition of VO 2
外，一些比较新颖的方法也得到了应用，如喷墨打印
本文在查阅大量文献的基础上，对 VO 2 的制备 法、溶剂热/刻蚀法、溶剂退火/表面改性法。尽管 VO 2
方法及其调控 VO 2 相变温度与性能所采取的主要手 的制备方法有很多，但不同的制备方法和工艺都会影响
段进行了综述，并归纳了不同制备方法的优缺点及 VO 2 的颗粒尺寸。各种制备方法的优缺点如表 1 所示。

表 1 VO 2 不同制备方法的优缺点
Table 1 Advantages and disadvantages of different preparation methods for VO 2

方法 优点 缺点 文献
化学法 水热法 操作简单、成本低、粒径小、团聚程度低 粒径均一性差 [15]
溶胶-凝胶法 纯度高、成本低廉、工艺过程简单、重复 时间过长、热处理过程不易控制，导致起 [16-17]
性好、适合大规模生产 泡现象、多孔结构影响电性能

化学气相沉积法 纯度高、附着力强、制备时间短、成本低 对原材料蒸发速率有较高要求，适合的原 [18]
料种类有限
物理法 磁控溅射法 附着力强、易于控制薄膜厚度 纯度低、设备复杂、成本高 [19]

脉冲激光沉积法 纯度高、附着力强、易于掺杂 不能大面积制备，否则分布不均匀 [20]
其他法 喷墨打印技术 操作简单，适用于大面积柔性涂层的制备 设备复杂、耗时长 [21]
溶剂热/刻蚀法 操作简单、成本低廉、粒径小 需要强酸和有机溶剂、污染大 [22]
溶剂退火/表面改性法 晶型好、粒径小且均一 需要有机溶剂、污染大 [23]

因此，研究者应结合自己的实际需求选择更适 至更低温度才能使变长的 V—V 键恢复到低温单斜
合的制备方法。 相的 V—V 键长，从而降低相变温度；当掺杂离子
4+
半径小于 V 时，掺杂离子会使 V—V 键缩短，在
2 调控 VO 2 相变温度及性能的途径
发生相变时，必须升至更高温度才能使缩短的
V—V 键恢复到高温金红石相的 V—V 键长，从而
为了降低 VO 2 的相变温度，提升其热致光响应
性和热致电响应性，扩展其应用领域，常见的用于 升高相变温度 [24] 。基于此，VOSTAKOLA 等 [16] 以
V 2 O 5 为前驱体、钨酸为掺杂剂、在草酸的作用下采
调控 VO 2 相变温度及性能的途径主要有离子掺杂、
微观结构调节及表面改性、改变制备条件。 用溶胶-凝胶法制备了钨掺杂 VO 2 薄膜。结果表明，
2.1 离子掺杂 随着钨掺杂质量分数的增加（0~2%），VO 2 的平均
离子掺杂是目前研究最多，也是最有效的调控 晶粒尺寸从 70 nm 降低到 25 nm，在钨掺杂质量分
VO 2 相变温度的方法。研究表明，改变能级结构可 数为 2%时， VO 2 薄膜 从半导体转 变为金属。
影响 VO 2 的相变温度，通常禁带宽度越窄，相变温度 HAJLAOUI 等 [25] 采用脉冲激光沉积法在硅衬底上
越低 [12] 。离子掺杂过程中所采用的掺杂离子的半径、 分别沉积纯 VO 2 和硼掺杂的 VO 2 薄膜。发现随着硼
化合价态及晶体结构都会带来 VO 2 相变温度的改变。 摩尔分数的增加，VO 2 的平均晶粒尺寸和薄膜表面
2.1.1 掺杂离子半径的影响 粗糙度都呈现减小的趋势，相变温度从纯 VO 2 薄膜
4+
一般来说，当掺杂离子半径大于 V 时，其会 的 69 ℃降低至 45.3 ℃（硼摩尔分数 0.8%）和
代替 VO 2 中 V 原子的位置使其结构发生扭曲变形， 17.5 ℃（硼摩尔分数 1.6%）。表 2 为硼含量和 VO 2
造成 V—V 键被拉长，因此在发生相变时，必须降 颗粒尺寸、表面粗糙度及相变温度间的关系。