Sol-gel synthesis of VO2 thin films and the effects of W and Re doping

Vanadin-dioxid är ett termokromt material som genomgår en fasomvandling från halvledande till metallisk vid en temperatur omkring 68 C. Denna fasomvandling åtföljs av förändringar i de elektriska, optiska och magnetiska egenskaperna hos VO2. Vid rumstemperatur är materialet genomskinligt och icke-ledande men över omslagstemperaturen (68 C) blir det metalliskt och IR-reflekterande. Praktiska tillämpningar för VO2 tunna filmer är, till exempel, optiska (IR) eller elektriska strömbrytare och energieffektiva fönster. För försvarstillämpningar har VO2 blivit allt mer intressant på grund av dess egenskap att kunna reflektera IR strålning. För dessa ändamål är det dock nödvändigt att sänka omslagstemperaturen, vilket man kan åstadkomma genom att dopa VO2 filmen med andra katjoner. Det första steget i detta projekt var att framställa VO2-filmer med sol-gel teknik med en vanadin-alkoxid som startmaterial. Då detta var utfört dopades VO2-filmen med wolfram eller renium i mängder mellan 1 till 12 atom %. Kristallstrukturen och de optiska egenskaperna av VO2-filmerna undersöktes med röntgen pulver diffraktometer (XRPD) respektive Fouriertransforminfrarödspektroskopi (FTIR). Vidare analyserades filmernas ytmorfologi samt sammansättningen i ytorna med hjälp av svep-elektronmikroskopi (SEM) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS). Som mest kunde omslagstemperaturen sänkas till 22 C och det var för filmer dopade med 4 atom% W. Dopaningsförsöken med Re misslyckades, inget Re kunde påvisas i filmerna.