Combinatorial exploration of thermochromic thin films in V-M1-M2-O systems

V-M1-M2-O系统中热致变色薄膜的组合探索

基本信息

项目摘要

This project addresses the exploration of VO2-based thermochromic thin films in V-M1-M2-O systems (M1, M2: e.g. W, Mg, Er, Li) for future application in smart windows. Films to be developed will show high luminous transmittance (Tlum) and solar irradiation modulation (ΔTsol) upon a reversible phase transformation around room temperature. Addition of third elements can decrease the transition temperature (Tc) and improve the thermochromic performance (Tlum and ΔTsol) of VO2-based phases: e.g. W can effectively decrease Tc of VO2 (68°C), but Tlum and ΔTsol are deteriorated; alkaline and rare-earth metals improve Tlum but do not lower substantially Tc. Therefore, a multidimensional search space needs to be explored in order to identify a new multinary material which fulfils all necessary requirements. Thus, to achieve better performance of VO2-based thin films for smart windows, first, V-M1-O systems with unexplored elements for M1 will be investigated in search for elements which reduce Tc and improve Tlum. Then, quaternary systems (V-M1-M2-O) will be explored: synergistic effects of M1 and M2 on the thermochromic properties of VO2 are expected, to achieve lower Tc and higher Tlum. This needs a large experimental dataset which will be accomplished by synthesis of combinatorial materials libraries and their high-throughput characterization. The best identified systems will additionally be fabricated as nanoporous films by glancing angle deposition in order to further enhance Tlum, and a protective antireflective coating will be applied to further optimize Tlum.
该项目致力于在V-M1-M2-O系统(M1,M2:例如W,Mg,Er,Li)中探索VO2基热致变色薄膜,以用于未来的智能窗户。待开发的薄膜将在室温附近发生可逆相变,表现出高透光率(Tlum)和太阳辐射调制(Δ)。添加第三元素可以降低VO2基相的转变温度(Tlum),并改善其热致变色性能(Tlum和ΔTsol):例如,W可以有效地降低VO2相的Tlum(68℃),但Tlum和ΔTsol恶化;碱金属和稀土金属改善Tlum,但不显著降低Tc值。因此,需要探索多维搜索空间,以确定满足所有必要要求的新的多维材料。因此,为了获得用于智能窗的VO2基薄膜的更好的性能,首先,将研究具有未开发的M1元素的V-M1-O系统,以寻找降低Tc和改善Tlum的元素。然后,将探索四元体系(V-M1-M2-O):M1和M2有望对VO2的热致变色性能产生协同作用,以实现更低的T_c和更高的Tlum。这需要一个庞大的实验数据集,这将通过组合材料库的合成及其高通量表征来完成。为了进一步增强Tlum,还将通过掠角沉积将最好的系统制备成纳米多孔薄膜,并将应用保护性减反射膜来进一步优化Tlum。

项目成果

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