二氧化钒 (VO 2 ) 作为相变材料,可控制金属和绝缘体状态之间相变过程中传递的热量。在温度高于 68 ̊C 时,金红石结构的 VO 2 可阻挡热量并增加红外辐射反射率,而在较低温度下,单斜结构 VO 2 可充当透明材料并增加透射辐射。在本文中,我们首先介绍 VO 2 在高温和低温下的金属-绝缘体相变 (MIT)。然后,我们通过 Ansys HFSS 模拟超材料反射器的超表面 VO 2 ,以显示 VO 2 的金红石和单斜相的发射率可调性 (Δε)。在下一节中,我们将回顾在玻璃和硅基板上通过改变溅射气体压力和基板温度沉积热致变色 VO 2 的最新进展。最后,我们介绍了在高于 300̊C 的温度下,用 V 2 O 5 靶在不同氧气和氩气组合的环境中在厚 SiO 2 基底上原位溅射 VO x 薄膜的结果,然后用 x 射线衍射 (XRD) 方法对其进行了分析。基于热致变色 VO 2 的超材料结构在过去几年中为被动节能光学太阳能反射器开辟了一条新途径。
这是一门面向对化学、材料科学、物理和工程感兴趣的高年级本科生和研究生的讲座式课程(3 个学分)。它将侧重于基本结构性能关系,涵盖用于重要工业应用的各种材料,例如太阳能电池、电池、量子计算机、用于空间和航空航天应用的材料、用于建筑和海洋应用的材料。学生将学习允许设计和合成具有特定性能的材料的结构因素,反之亦然。一些研究的化合物家族包括:半导体材料、多孔材料、热电材料、热致变色材料、压电材料、聚合物、陶瓷和金属合金。教科书
许多最近开发的无线皮肤界面生物电子设备都依赖于传统的热固性有机硅弹性体材料,例如聚二甲基硅氧烷 (PDMS),作为电子元件、射频天线和常见的可充电电池的软封装结构。在优化的布局和设备设计中,这些材料具有吸引人的特性,最突出的是它们即使在曲率高和自然变形较大的区域也能与皮肤形成温和、无创的界面。然而,过去的研究忽视了开发这些材料变体以进行多模式操作的机会,以增强设备对从机械损坏到热失控等故障模式的安全性。这项研究提出了一种自修复 PDMS 动态共价基质,其中嵌入了化学物质,可提供热致变色、机械致变色、应变自适应硬化和隔热,作为与安全相关的属性集合。该材料系统和相关封装策略的演示涉及一种无线皮肤界面设备,该设备可捕获健康状况的机械声学特征。这里介绍的概念可以立即应用于许多其他相关的生物电子设备。