钒是一种银白色金属，属于体心立方结构，常见的化合价有+5、+4、+3、+2。钒的熔点 很高，常与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。在自然界中不存在游离状态的钒 ,钒元素主要 以化合物的形式存在于岩石中。钒的主要矿物资源是钒钛磁铁矿 ，它含有 48 %~58%的 Fe， 6 %~16 %的 TiO2，0。2%~3。0%的 V2O3。尽管矿石中钒的含量相对较低，但它的储量多，分 布广，可以说几乎所有的地方都有钒。钒最初主要应用于钢铁行业，以改善钢的力学性能。 随着科技水平的快速发展，钒的应用范围涵盖了航空航天、光学、玻璃、电池等诸多领域。

钒能以+2、+3、+4、+5 价态与氧结合，形成四种氧化物：一氧化钒 VO、二氧化钒 VO2、 三氧化二钒 V2O3、五氧化二钒 V2O5。VO2 晶体粉末呈现深蓝色，熔点为 1967℃，在水中的 溶解度很小，但易溶解于酸和碱中[5]。VO2 总共具有四种晶型：①高温 A 相 VO2 ，为四方晶 亚稳态结构；②低温 B 相 VO2 ，为单斜金红石亚稳态结构；③低温 M 相 VO2 ，为单斜金红 石稳定态结构，可以描述为金红石型结构发生微小扭曲；④高温 R 相 VO2，为金红石型稳定 态结构，存在于 68 ℃～1540℃范围内。随着温度的增加，介稳 B 相 VO2 不可逆地向 A 相、 R 相转变，常压下直接转变为稳定态的 R 相，只有在特殊压力下才转变为亚稳态的 A 相[6]。 所以 VO2 在实际中主要是 3 种晶相，即 B 相、R 相、M 相，其中低温 M 相和高温 R 相之 间的相变是可逆的，因此 M、R 相晶型是研究核心重点。

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1。2。2 VO2 的相变性能

图 1。1 VO2 的高温 R 相和低温 M 相的晶体结构

自 1959 年 Morin[7]发现 VO2 相变特性以来，对 VO2 的研究始终在不断进行。当温度升高 到 68℃以上时，VO2 本身的电子排布就会发生变化，使其从半导体态的 M 相转变为金属态的 R 相。转变过程中自由电子数量急剧增加，所以光学、电学、磁学等性能会发生强烈的变化， 相变发生的过程为纳秒级别，变化是可逆的。自由电子对光的吸收会导致光透过率，特别是 红外波段的光透过率急剧下降[8]，因而能够阻挡红外线的进入，进而避免温度继续升高。而 当温度降低到 68℃以下时，金属态的 R 相转变为半导体态的 M 相，导致红外线透过率增加， 进而避免温度继续下降。

研究人员还发现在 VO2 中掺杂其它元素，例如钨、钼等，能够有效降低 VO2 发生相变的 临界温度[9，10]，使其尽量接近室温。这样，VO2 薄膜就能够实现对室内温度的智能化调节。 除 VO2 外，VO、V2O3、V2O5 等也都存在半导体一金属的转变。由于 VO2 的相变温度最接近 于室温，故在智能温控领域最具有实用潜力[11]。

1。2。3 VO2 的应用

VO2 热致相变性能的应用非常广泛，在光阀、光电开关、红外成像、光存储、激光防护 以及建筑物室温自调节涂层材料等领域有广泛的应用前景[12]。本人下面将主要阐述意义最深 远的三个方面。

（a）智能节能玻璃 节能玻璃发展经过以下阶段：被动型、主动型、智能型[13]。智能型节能是新一代节能环

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保材料，可以智能实现冬季保暖、夏季隔热的作用，从而起到节能效应。

二氧化钒在 68°C 左右发生相变，相变前后红外透光率发生突变。68°C 以下为低温半导 体态，波长在 0。3µm 以下紫外光呈现低透过率，可见光及近红外光透过率较高；68°C 以上 为高温金属态，波长 0。3µm 以下紫外线和 0。8µm 以上红外线呈现低透过率，0。38~0。78µm 的 可见光仍然具有较高透过率，几乎不变化[14]。另外可以在 VO2 中掺杂其它元素，例如钨、钼 等，能够有效降低 VO2 发生相变的临界温度，使其尽量接近室温。因而智能玻璃可以广泛应 用于建筑玻璃、幕墙、汽车等领域。综合而言，可以实现四季全天候智能调节，冬天夏天季 节间智能调节、昼夜间智能调节。