多層漸變的超薄WOx薄膜作為柔性太陽(yáng)能吸收體 

近幾年，柔性及可穿戴能源相關(guān)的熱轉(zhuǎn)換技術(shù)對(duì)高效、低成本、超薄的太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換涂層提出了迫切的需求，利用簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)柔性和超薄光熱轉(zhuǎn)換涂層充滿了挑戰(zhàn)。為了獲得高的光熱吸收性能，傳統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換涂層的制備通常采用復(fù)雜的共濺射技術(shù)，即兩個(gè)或者多個(gè)濺射靶材同時(shí)工作，甚至用到貴金屬或者合金靶材，存在結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、成本高的問(wèn)題，而且涂層的厚度在150~400 nm之間，不利于柔性、低成本、大面積的工業(yè)化生產(chǎn)。

從“金屬-電介質(zhì)”復(fù)合薄膜的設(shè)計(jì)原理出發(fā)，引入“自摻雜”的設(shè)計(jì)思路，僅僅利用單一的金屬靶材，在濺射室內(nèi)通入有限量的反應(yīng)氣體，濺射過(guò)程中反應(yīng)氣體僅消耗一部分濺射出來(lái)的金屬原子，使得未反應(yīng)的金屬納米顆粒摻雜到其自身的金屬氧化物MeO x中，形成一種自摻雜MeO x納米復(fù)合薄膜材料。不同于傳統(tǒng)的共濺射技術(shù)，自摻雜納米復(fù)合薄膜的工藝較為簡(jiǎn)單、光學(xué)性能易調(diào)控、結(jié)構(gòu)也容易擴(kuò)展到其他材料上，具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

過(guò)渡金屬W具有一定的光譜選擇性，少量的氧摻雜之后，非化學(xué)計(jì)量比的WO x薄膜具有優(yōu)異的光吸收能力；而介質(zhì)性質(zhì)的WO x薄膜具有高的透過(guò)率，顯示了一定減反射效果。 陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王成兵教授團(tuán)隊(duì)與中科院蘭州化學(xué)物理研究所閆興斌研究員合作對(duì)此進(jìn)行了細(xì)致的探索，應(yīng)用單鎢（W）靶的有限反應(yīng)濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)了等離子W納米顆粒自摻雜到WOx基質(zhì)中，制備出柔性、超薄的光學(xué)性能漸變WOx基多層光熱轉(zhuǎn)換涂層。

研究人員結(jié)合單金屬靶材的自摻雜設(shè)計(jì)原理、WO x薄膜的本征吸收性能和減反射作用，設(shè)計(jì)制備了4層結(jié)構(gòu)的WO x基光熱轉(zhuǎn)換涂層，從底部到頂部依次包含薄的等離子金屬W層、摻雜的WO x吸收層、透明WO x介質(zhì)層，其中底部金屬W層起到近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)、紅外反射層和擴(kuò)散阻擋層的作用，中間2層摻雜WO x層作為主要的吸收層，頂部WO x層用于減小涂層表面的反射損失。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)WO x基光熱轉(zhuǎn)換涂層的總厚度僅為100~110 nm，這比目前所報(bào)道的光熱轉(zhuǎn)換涂層都要薄，但是涂層仍然具有非常優(yōu)異的光學(xué)吸收能力和耐熱性能。研究人員將超薄WO x基光熱轉(zhuǎn)換涂層沉積在柔性聚酰亞胺（PI）和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）上，顯示了非常好的彎曲變形性能，表面生成許多微米尺度的納米片層，沒(méi)有出現(xiàn)大面積的剝落現(xiàn)象，彎曲變形前后的光熱轉(zhuǎn)換能力沒(méi)有發(fā)生明顯的改變，在柔性能源相關(guān)的熱轉(zhuǎn)化技術(shù)中具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值。