VO 2 （M）微波辅助合成及VO 2 /PDLC热-电双调制模拟研究
发布时间：2021-11-13 04:37
智能窗能够根据外界环境变化（光、电、热等）来改变太阳辐射波段（380-2500 nm）光的透射率而有效热控,有利于减少夏季制冷和冬季采暖能耗。VO2（M）是一种热致变色材料,能够在68℃发生相变,在保证可见光透过率的情况下,通过外界温度变化自发进行太阳能调制。VO2（M）是一种理想的智能窗用材料,但其相态众多导致合成纯相困难,且合成时间较长、两种调控状态不能完全达到用户的使用期待。本文通过微波辅助水热-煅烧两步法合成VO2（M）,研究不同反应条件对水热产物亚稳态的影响,并通过模拟探究微波在水热反应中的作用;对VO2（M）的合成进行反应条件优化,并对提出的VO2/PDLC复合薄膜进行光学模拟,用以实现电-热双波段光学调控。通过微波辅助水热合成VO2亚稳态,研究发现,随着反应时间、反应物添加量和反应温度的提高,都会使产物D相占比增多,且快速升温方式对获得M相有帮助。使用GROMACS软件对微波存在/不存在情况下水热反应系统进行模拟,研究发现:微波能够对基元结构产生影响从而影响产物相态,能够对体系中氢键数目和静电力产生影响促进扩散而提高反应速度,对反应热力学的影响主要是来自对反应熵变的影响。...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电致变色器件结构[3]
]，成本相对较低。另外，通过使用计算机模拟和建筑单元现场实验研究分析了热致变色玻璃的能量性能，结果表明，热致变色玻璃可以显著地节省能源[6]，其中，与透明玻璃相比，使用TC玻璃的能源消耗可减少81.7%，与Low-E玻璃相比可减少70.5%[7]。由于VO2能在68℃发生相变，伴随着是其对近红外波段光的吸收和反射性能发生变化，高温相变后，其对近红外波段的光透射率降低而对可见光波段的透射率影响较小，这一特性正好不同于传统的变色窗户变色之后的视觉缺陷，致使VO2成为了研究最广泛的无机热致变色材料，其相变前后光学变化如图1-2所示。图1-2二氧化钒薄膜相变前后光学变化[7]1.3二氧化钒的结构及其相变机理1.3.1二氧化钒的晶体结构和能带结构钒（[Ar]3D24S2）元素是非常活泼的，这使得钒氧化物具有丰富的氧化物形式，除了VO2、VO、V6O13和V7O13以外，还发现了近15-20个稳定的钒氧化物相态，而VO2的形成仅发生在很窄的氧分压范围内[8-10]。此外，迄今为止国内外文献报道过十种以上的二氧化钒结晶相，包括四方金红石型VO2（R）（P4/mnm）、单斜金红石型VO2（M）（P21/c）、三斜晶系VO2（Pn（2））[11]、四方VO2（A）（P42/nmc）[12,13]、单斜VO2（B）（C2/m）[14]、VO2（C）[15]、斜方VO2·H2O（P222），四方VO2·0.5H2O（I4/mmm）[16]，单斜V2O4（P21/c）和V2O4·2H2O。只有金红石型VO2（R/M）在约68℃处经历完全可逆的金属-半导体相变（MST）。表1-1总结了常见的VO2同质多晶的晶体结构及其应用。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-个不同的孪晶，它们围绕金红石晶轴旋转90°（与上述近似几何对应关系）。M1和M2相的孪生微观结构敏感地取决于外部施加的条件以及样品的原始状态，即在不同的应变、施加的电流或存在缺陷的条件下，会出现不同的孪生模式。当T>Tc时，VO2转化为金红石结构，图1-3中大红色圆圈代表V4+离子，小蓝色圆圈代表O2-离子。图1-3VO2的不同晶体结构古德沃姆[26]根据晶体场理论给出了第一个能带理论描述，如图1-4（a）所示，在VO2（R）中，V3d轨道以eg对称和t2g对称状态分裂。与氧原子的八面体配位。由于局部晶体场的正交晶体分量，t2g态进一步分为两个dπ轨道和一个dⅡ轨道。dπ轨道指向配位八面体的表面，而dⅡ轨道则指向cR轴，因此指向下一个晶胞“上方”或“下方”的最接近V原子的方向[26]。费米能级EF处的态密度是由d′轨道和反键π*轨道的混合物形成的。相变之后，VO2（M）中V4+的二聚作用导致d′带分裂为充满键态和空位反键态。同时，π*轨道移动到更高的能量，并且在这个带和最低占据的dⅡ态之间产生了一个空隙。结构的之字形畸变导致π*能带在费米能级EF之上向上移动，并驱动dⅡ键和反键态的形成，V链沿cR的二聚化增加了带隙[27]。图1-4VO2电子能带结构图[28]（a）R相，（b）M1相
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波电场对甘油水溶液体系中氢键的影响[J]. 商辉,刘露,王瀚墨,张文慧. 化工学报. 2019(S1)
[2]电解质溶液中静电力短程性研究[J]. 谢忍,刘益军,王子豪,付鸿敏,刘艳辉,鲍琳,王育慷,赵光菊,毛宗良. 教育教学论坛. 2018(23)
[3]扫描电子显微镜在无机材料表征中的应用[J]. 杨志远,杨水金. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2015(04)
[4]差式扫描量热仪的原理与应用[J]. 李承花,张奕,左琴华,薛巍. 分析仪器. 2015(04)
[5]概述经典分子动力学模拟计算[J]. 李丽荣,罗龙,王宝峰. 热处理技术与装备. 2012(01)
[6]金属离子的电荷和半径对溶液中配合物稳定性的影响[J]. 李五聚. 漯河职业技术学院学报. 2009(02)
[7]浅谈分子间氢键对有机化合物性质的影响[J]. 李建章. 自贡师范高等专科学校学报. 2003(04)
[8]关于负离子配位多面体生长基元模型[J]. 施尔畏,仲维卓,华素坤,元如林,王步国,夏长泰,李汶军. 中国科学E辑:技术科学. 1998(01)
[9]溶液中非过渡金属混合配体配合物形成的热力学研究——Ⅱ.某些镉（Ⅱ）-联吡啶（邻菲咯啉）-氨基酸混配配合物中配体间疏水缔合作用的热力学[J]. 高恩君,王魁,刘祁涛. 化学学报. 1993(07)
博士论文
[1]基于等离子体共振效应的银纳米粒子与液晶复合材料的研究[D]. 石洋.北京化工大学 2016
[2]基于负性液晶材料功能化液晶薄膜的制备及其性能研究[D]. 王慧慧.北京科技大学 2016
[3]用于液晶光学特性模拟的时域电磁计算方法研究[D]. 方运.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3492334
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电致变色器件结构[3]
]，成本相对较低。另外，通过使用计算机模拟和建筑单元现场实验研究分析了热致变色玻璃的能量性能，结果表明，热致变色玻璃可以显著地节省能源[6]，其中，与透明玻璃相比，使用TC玻璃的能源消耗可减少81.7%，与Low-E玻璃相比可减少70.5%[7]。由于VO2能在68℃发生相变，伴随着是其对近红外波段光的吸收和反射性能发生变化，高温相变后，其对近红外波段的光透射率降低而对可见光波段的透射率影响较小，这一特性正好不同于传统的变色窗户变色之后的视觉缺陷，致使VO2成为了研究最广泛的无机热致变色材料，其相变前后光学变化如图1-2所示。图1-2二氧化钒薄膜相变前后光学变化[7]1.3二氧化钒的结构及其相变机理1.3.1二氧化钒的晶体结构和能带结构钒（[Ar]3D24S2）元素是非常活泼的，这使得钒氧化物具有丰富的氧化物形式，除了VO2、VO、V6O13和V7O13以外，还发现了近15-20个稳定的钒氧化物相态，而VO2的形成仅发生在很窄的氧分压范围内[8-10]。此外，迄今为止国内外文献报道过十种以上的二氧化钒结晶相，包括四方金红石型VO2（R）（P4/mnm）、单斜金红石型VO2（M）（P21/c）、三斜晶系VO2（Pn（2））[11]、四方VO2（A）（P42/nmc）[12,13]、单斜VO2（B）（C2/m）[14]、VO2（C）[15]、斜方VO2·H2O（P222），四方VO2·0.5H2O（I4/mmm）[16]，单斜V2O4（P21/c）和V2O4·2H2O。只有金红石型VO2（R/M）在约68℃处经历完全可逆的金属-半导体相变（MST）。表1-1总结了常见的VO2同质多晶的晶体结构及其应用。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-个不同的孪晶，它们围绕金红石晶轴旋转90°（与上述近似几何对应关系）。M1和M2相的孪生微观结构敏感地取决于外部施加的条件以及样品的原始状态，即在不同的应变、施加的电流或存在缺陷的条件下，会出现不同的孪生模式。当T>Tc时，VO2转化为金红石结构，图1-3中大红色圆圈代表V4+离子，小蓝色圆圈代表O2-离子。图1-3VO2的不同晶体结构古德沃姆[26]根据晶体场理论给出了第一个能带理论描述，如图1-4（a）所示，在VO2（R）中，V3d轨道以eg对称和t2g对称状态分裂。与氧原子的八面体配位。由于局部晶体场的正交晶体分量，t2g态进一步分为两个dπ轨道和一个dⅡ轨道。dπ轨道指向配位八面体的表面，而dⅡ轨道则指向cR轴，因此指向下一个晶胞“上方”或“下方”的最接近V原子的方向[26]。费米能级EF处的态密度是由d′轨道和反键π*轨道的混合物形成的。相变之后，VO2（M）中V4+的二聚作用导致d′带分裂为充满键态和空位反键态。同时，π*轨道移动到更高的能量，并且在这个带和最低占据的dⅡ态之间产生了一个空隙。结构的之字形畸变导致π*能带在费米能级EF之上向上移动，并驱动dⅡ键和反键态的形成，V链沿cR的二聚化增加了带隙[27]。图1-4VO2电子能带结构图[28]（a）R相，（b）M1相
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波电场对甘油水溶液体系中氢键的影响[J]. 商辉,刘露,王瀚墨,张文慧. 化工学报. 2019(S1)
[2]电解质溶液中静电力短程性研究[J]. 谢忍,刘益军,王子豪,付鸿敏,刘艳辉,鲍琳,王育慷,赵光菊,毛宗良. 教育教学论坛. 2018(23)
[3]扫描电子显微镜在无机材料表征中的应用[J]. 杨志远,杨水金. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2015(04)
[4]差式扫描量热仪的原理与应用[J]. 李承花,张奕,左琴华,薛巍. 分析仪器. 2015(04)
[5]概述经典分子动力学模拟计算[J]. 李丽荣,罗龙,王宝峰. 热处理技术与装备. 2012(01)
[6]金属离子的电荷和半径对溶液中配合物稳定性的影响[J]. 李五聚. 漯河职业技术学院学报. 2009(02)
[7]浅谈分子间氢键对有机化合物性质的影响[J]. 李建章. 自贡师范高等专科学校学报. 2003(04)
[8]关于负离子配位多面体生长基元模型[J]. 施尔畏,仲维卓,华素坤,元如林,王步国,夏长泰,李汶军. 中国科学E辑:技术科学. 1998(01)
[9]溶液中非过渡金属混合配体配合物形成的热力学研究——Ⅱ.某些镉（Ⅱ）-联吡啶（邻菲咯啉）-氨基酸混配配合物中配体间疏水缔合作用的热力学[J]. 高恩君,王魁,刘祁涛. 化学学报. 1993(07)
博士论文
[1]基于等离子体共振效应的银纳米粒子与液晶复合材料的研究[D]. 石洋.北京化工大学 2016
[2]基于负性液晶材料功能化液晶薄膜的制备及其性能研究[D]. 王慧慧.北京科技大学 2016
[3]用于液晶光学特性模拟的时域电磁计算方法研究[D]. 方运.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3492334
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3492334.html
