Příprava a charakterizace termochromických povlaků na bázi VO2 pomocí pulzního reaktivního magnetronového naprašování

Ing. Michal KAUFMAN

Master's thesis

Abstract:

Ústředním tématem této diplomové práce je depozice termochromických vrstev oxidu vanadičitého dopovaných hořčíkem a wolframem, které mohou být použity např. jako aktivní vrstva tzv. chytrých oken. Zvolená metoda přípravy zmíněných vrstev je založena na vysokovýkonovém pulzním magnetronovém naprašování s kontrolou průtoku reaktivního plynu, jenž umožňuje vznik plně stechiometrických vrstev i při nízké depoziční teplotě substrátu a bez na něj přivedeného vnějšího předpětí. Účelem dopování wolframem je především snížení přechodové teploty VO2, zatímco hořčík slouží primárně ke zvýšení transmitance ve viditelné oblasti a změně barvy tohoto termochromického oxidu. Dále je zde popsán princip fungování obou antireflexních vrstev tvořených ZrO2 a využívajících interferenci druhého řádu, díky které dochází ke značnému zlepšení optických vlastností výsledné multivrstvy. Spodní AR-vrstva navíc plní úlohu tzv. strukturní šablony, jež podporuje schopnost VO2 krystalizovat, čímž významně usnadňuje reprodukovatelnost celého procesu výroby termochromického povlaku. Doplňkovou funkcí vrchní AR-vrstvy je zajištění mechanické a chemické ochrany VO2, jenž následně vede k maximalizaci trvanlivosti všech jeho užitných vlastností.

Abstract:

The central theme of this master thesis is a deposition of VO2 thermochromic thin films co-doped by magnesium and tungsten which can be used, for example, as an active layer of smart windows. The selected method for preparation of these films is based on high-power impulse magnetron sputtering with reactive gas flow control that allows to prepare crystalline VO2 layers of the correct stoichiometry at a low substrate temperature and without any substrate bias voltage. The purpose of tungsten doping is mainly to reduce the phase transition temperature of VO2 while magnesium serves primarily to enhance visible transmittance and to change the color of this thermochromic oxide. Furthermore, the operating principle of both ZrO2 antireflection layers utilizing a second-order interference, thanks to which there is a substantial improvement in optical properties of the resulting multilayer, is also given. In addition, the lower AR-layer acts as a structural template that promotes the ability of VO2 to crystallize, thereby significantly facilitates the reproducibility of the entire thermochromic coating fabrication process. The extra function of the upper AR-layer is to provide mechanical and chemical protection of VO2 which consequently maximizes the durability of all its utility properties.

Keywords

termochromický VO2, reaktivní HiPIMS, chytrá okna, antireflexní vrstvy, dopování hořčíkem a wolframem

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 7. 2019

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. RNDr. Jaroslav Vlček, CSc.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied Physics and Physical Engineering