溅射时间对磁控溅射V 2O 5离子储存薄膜结构与性能的影响

付亚东 刘鉴宁 刘红英 张远洋 张得全 梁小平

（1. 天津耀皮工程玻璃有限公司 天津 300409；2. 天津工业大学材料科学与工程学院 天津 300387）

0 引言

随着中国经济的发展，能耗和环保两大问题引起了人们的重视［1］。其中，商业建筑的能耗约占全球总能耗的18%［2］，各国对电致变色门窗（也叫智能门窗）的研究和使用表明，绿色和节能已成为当今时代的主题。智能窗的结构是由透明导电层-电致变色层-电解质层-离子储存层-透明导电层，相对于研究比较多的电致变色层材料，离子储存层材料的研究报道较少。但作为智能窗的重要组成部分之一，离子储存层性能的好坏直接影响到智能窗的循环耐久性和光学对比度。由于它的主要作用是储存补偿离子（Li+、H+等），所以对离子储存材料的要求主要是有较大的离子存储能力和良好的循环稳定性［3］。

1 实验

1.1 材料制备

采用MSP-300C磁控溅射镀膜系统制备V2O5薄膜，通过抽气使溅射腔内的真空度达到3.4×10-4Pa。介质靶材为纯度为99.99%V2O5，在溅射过程中，通入氩气（Ar，纯度为99.99%）作为核能粒子轰击靶材，氩气流为20 sccm，溅射压力2 Pa，溅射时间2～5 h得到不同厚度薄膜，然后将制得的V2O5薄膜置于马弗炉中退火热处理，退火时间3 h，退火温度400 ℃。

1.2 测试与表征

采用多晶X射线衍射仪（日本，Rigaku D/max-2500 v/pc）对所制得的V2O5薄膜进行XRD分析。采用日立公司Hitach S-4800电镜对V2O5薄膜形貌进行表征。采用上海芷云光电有限公司生产M-2000 U Ellipsometer型号的椭偏仪对样品进行厚度的测试。采用德国Zahner电化学工作站以铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用1M LiClO4的PC溶液作为电解液，进行测试样品的循环伏安曲线，扫描电压范围为-0.4～1.2 V，扫描速率为50 mV/s，扫描次数为50次。采用美国Perkin Elmer公司生产的Lambda750紫外-可见漫反射光谱仪测试V2O5薄膜透光率。

2 结果与讨论

图1示出了溅射时间4 h时V2O5薄膜的XRD谱图。从图1中可以看出所得V2O5薄膜在20.3°处出现V2O5衍射峰，对应的是（001）晶面（PDF#85-0601）。

图1 溅射4 h制备的V 2O 5薄膜XRD

图2示出了薄膜退火温度为400 ℃、退火时间3 h热处理的V2O5薄膜厚度随溅射时间变化的关系。从图2中可以看出，V2O5薄膜厚度随溅射时间延长而线性增加，溅射2、3、4、5 h所得V2O5薄膜的厚度分别为104.25、119.86、134.88、149.96 nm。

图2 溅射时间与薄膜厚度的渐变曲线

图5示出了不同溅射时间的V2O5薄膜表面SEM图。从图5可以看出，当溅射时间从2 h延长至5 h时，溅射沉积到ITO玻璃表面的V2O5颗粒的数目呈上升趋势，而且晶粒尺寸分布越来越均化，V2O5晶粒数目的增加，较大提高了薄膜的比表面积，从而使得V2O5薄膜的电化学性能升高。

图3 溅射时间对V 2O 5薄膜透过率的影响

图4示出了不同溅射时间下制备的V2O5薄膜电化学性能。从图4（a）可以看到，所有薄膜的循环伏安曲线均是闭合曲线，在50次循环后，薄膜仍具有锂离子嵌入/脱出可逆性，氧化峰和还原峰说明薄膜在氧化与还原过程中（嵌锂态和脱锂态）均发生了氧化还原反应［12］。当溅射时间为4 h和5 h时，V2O5薄膜峰电流分别为4.41 mA和5.67 mA，比3 h溅射时间制备的薄膜峰电流（2.49 mA）分别提高了77.11%和127.71%，这表明当溅射时间为4 h时，其Li+的传输速率显著增加；图4（b）离子注入/脱出容量曲线，负值是离子脱出量，正值是离子嵌入量，脱出和嵌入构成一个循环。在开始几次循环中，离子储存容量降低较快，在循环20次以后，所有薄膜离子嵌入/脱出容量均保持稳定。当溅射时间为4 h，V2O5薄膜储存容量分别为24.96 mC/cm2，而溅射时间延迟1 h，储存容量提高了0.45 mC/cm2，经50次循环后，离子储存量分别下 降 到21.93 mC/cm2和22.35 mC/cm2， 降 低12.12%和12.03%，可以认为溅射时间为4 h时，V2O5薄膜的稳定性开始增强。

图4 不同溅射时间V 2 O 5薄膜电化学性能

众所周知，厚度对透光率影响较大，而电致变色玻璃对着色/褪色的透光率有一定要求，因此，对不同溅射时间制得的V2O5薄膜进行紫外分光光度计的测试，见图3。由图3可知，溅射2～5 h所得V2O5薄膜在可见光范围内的平均透过率为92.92%～72.27%，即当溅射时间由2 h增加到5 h，V2O5薄膜厚度增加了43.85%，透过率降低了22.22%，即厚度阻碍了部分可见光的透过。

（1）采用磁控溅射法在ITO玻璃基地上成功制备了V2O5离子储存层。

长石矿物量较少(<5%)，但矿物种类繁多，主要为钾长石，偶见有条纹长石、微斜长石和钠长石等。现主要对钾长石的嵌布特征描述如下：

图5 不同溅射时间制备的V 2O 5薄膜SEM图

这一次，青辰再也招架不住。面对压下来的血盆大口，他瞪起双眼，恶狠狠地与那对幽深而邪恶的狼眸对视。从对方的眼中，他看到了自己狰狞的脸，那张脸龇着牙，瞪着眼，被搏斗时飞溅的鲜血染红了半扇，恐怖而凶戾。

3 结论

结肠癌在性别间的各种差异之前主要归因于性激素在两性之间的差异，一般而言，女性荷尔蒙(雌激素)在结肠癌发展过程中起到保护作用，而雄激素导致肿瘤相关风险增加，但其分子机制尚未明确。之前的研究主要集中在少数靶基因上，而系统分析可以整合多个研究的数据，获得较为系统全面的性别差异的解释。

综合考虑，满足离子储存量大于20 mC/cm2、可见光透过率要高于80%，磁控溅射法制备离子储存V2O5薄膜的溅射时间控制为4 h为宜。

（2）V2O5薄膜的厚度随着溅射时间延长而增厚，从2 h延长到5 h，厚度从104.25 nm到149.96 nm；薄膜透过率随着厚度增加而呈现降低趋势，从92.92%降低到72.27%。

在20世纪60年代初，消息通过一系列中央开关从A点压缩到B点。如果中断一个开关，消息就会停止。巴兰构想了一个规模更小、速度更快的传输节点网格。他的想法是将每条消息分解成数字数据块，然后将每个块发送到网格中，以找到到达目的地的最快方法。在那里，这些块将被重新整合成完整的信息。

（3）电化学性能测试结果表明，溅射时间为4 h和5 h时制备的V2O5薄膜峰电流比3 h分别提高了77.11%和127.71%，离子储量分别是24.96 mC/cm2和25.38 mC/cm2，均高于20 mC/cm2。

（3）综合考虑离子储存量和可见光透过率，磁控溅射法制备离子储存V2O5薄膜的溅射时间控制为4 h为宜。