Preparation and properties of V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M) thin films
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摘要: 主要研究了重稀土铽元素(Tb)掺杂对二氧化钒薄膜V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)相结构、微观形貌、相变温度、光学及力学性能的影响。结果表明：V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)样品的衍射峰尖锐，未出现其他杂质峰，具有较高的结晶度和纯度。Tb元素掺杂能明显影响二氧化钒的微观结构特征，随着Tb掺杂量的增加，相变温度呈下降趋势，在4% (原子分数，下同)的掺杂水平下，相变温度降至59.01 ℃。紫外-可见-近红外光谱分析表明，在1%～4%的Tb掺杂水平下二氧化钒薄膜的光学性能增强。在2% Tb掺杂时太阳光调制能力(ΔTsol)达到9.1%，可见光透过率(Tlum)为61.5%；在4% Tb掺杂时可见光透过率达到72.5%。力学性能表明，Tb掺杂对二氧化钒薄膜的力学性能具有增强作用。当掺杂量为2%时，VO2薄膜的力学性能显示出最大值，弹性模量及硬度分别为
83.6065 GPa和8.0026 GPa。Abstract: This article mainly investigated the effects of heavy rare earth terbium element (Tb) doping on the phase structure, microstructure, phase transition temperature, optical, and mechanical properties of vanadium dioxide thin films V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M). The analysis results show that the diffraction peaks of V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M) samples are sharp, with no other impurity peaks observed, indicating high crystallinity and purity. Tb element doping can significantly affect the microstructural characteristics of vanadium dioxide, with the phase transition temperature decreasing as the Tb doping level increases, reaching 59.01 ℃ at a doping level of 4%. UV-Vis-NIR analysis indicates enhanced optical properties of vanadium dioxide thin films at Tb doping levels of 1%~4%. At 2% Tb doping, solar modulating ability (ΔTsol) reaches 9.1%, and visible transmittance (Tlum) is 61.5%. At 4% Tb doping, visible transmittance reaches 72.5%. Mechanical property tests show that Tb doping enhances the mechanical properties of vanadium dioxide thin films. When the doping level is 2%, the mechanical properties of VO2 films exhibit maximum values, with elastic modulus and hardness being 83.6065 GPa and 8.0026 GPa, respectively. -
0. 引言
全球人口的急剧上升和现代化进程的加速，使得对能源的需求急剧上升。据报道，建筑领域的能耗占人类总能源消耗的三分之一，该比例甚至超过了工业和交通运输部门的能耗，实属相当庞大的能源开支[1−2]。于是，人们为了减缓建筑部件带来的热流失问题而造成的大量能源浪费，将着眼点放在了利用清洁环保的太阳能以减少能源损耗问题。
过渡金属元素具有电子未充满的价层d轨道，这使得体系中的电荷、晶格、轨道等都不再独立，彼此之间存在复杂的耦合机制[3]。另一方面，其d轨道与价层轨道能量接近，导致形成通常具有多种氧化态和配位构型的化合物[4]。这揭示了其性能特性的多样及应用的广泛性，也为特殊性质的存在和调控提供了丰富的载体[5−6]。过渡金属能够和氧、硫、碳、氮等形成化合物，其中，氧化物的物理性质较为丰富，且具有强的电子-电子关联效应[7]。因此，与其他材料相比，过渡金属氧化物展现出优异的物化特性和应用优势。根据电子构型可将其分为3d、4d及5d。相比于高轨道（4d, 5d）过渡金属氧化物，低轨道（3d）上的电子间静电排斥效应由于其实际空间半径较小而更为显著。关于3d过渡金属氧化物的相变过程，强电子关联作用可能往往占主导地位，使其成为研究莫特绝缘体的最佳体系之一[8]。
二氧化钒（VO2(M)）作为3d过渡金属氧化物中的经典体系，具有典型的热致相变特性，在相变温度（Tc）68 ℃附近可实现金属-绝缘体的可逆相变（MIT），其Tc相较于其他钒氧化物最接近室温；独特的光学特性使其相变前后的光学透射率在红外波段变化显著，是一种应用前景广阔的相变功能材料[9−11]。现阶段由于二氧化钒薄膜的Tc与实际应用相比较高且透光率和太阳光调制能力兼容效果不佳，限制了其实际应用。通过元素掺杂能够有效地实现对二氧化钒薄膜相变温度及光学性能的改性调控[12−14]。
稀土(RE)元素由于其特殊的理化性质，常被作为掺杂剂用于光学、磁学和电学等功能材料中，在材料光电性能的改善方面表现出显著作用。稀土离子具有较大的离子半径、丰富的价壳层电子及与VOx的可变价态和强电子关联性的特点，在VO2晶格中引入REn+，通过结构变形和空穴或电子载流子密度的改变来产生可观的额外应变能[15]，这对二氧化钒性能的改善提供了潜力。为降低VO2薄膜的相变温度及改善其热致相变性能，考虑向二氧化钒中掺杂稀土元素。
Tb属典型的重稀土元素，从几何角度来看，掺杂大离子半径Tb会引起VO2结构畸变，特别是V-V链的二聚化和TbO6八面体体积的膨胀[16]。Tb元素与V原子的电负性差异与常见的稀土元素相比小，使得Tb原子与最近邻O原子的平均距离(dTb-O)较大并大于V-O键长，且八面体体积差异较之最大，促进VO2相变的发生[17]。Mott等人[8]提出VO2(R)和VO2(M)之间VO6八面体的差异诱导了d电子之间的弱相互作用，并使VO2从绝缘体相转变为金属相。从电子结构上看，在费米能级附近会出现主要由Tb-f电子引起的杂质态，有助于VO2的相变。基于此，Tb掺杂在获得VO2可观的结构变形和性能改善方面能够发挥重要作用。因此，向二氧化钒薄膜材料中掺杂重稀土Tb元素进行改性研究，以期降低其Tc及改善其热致相变性能。
笔者以二氧化钒为基体，引入Tb掺杂元素制备V1-xTbxO2薄膜，并研究Tb元素掺杂对二氧化钒薄膜相结构、微观形貌特征、相变温度、光学及力学性能的影响。
1. 试验
1.1 Tb掺杂V1-xTbxO2粉体制备
V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)粉体材料采用一步水热合成法制备而成。以三氯化铽六水合物(TbCl3·6H2O)为Tb源，利用电子天平按照V、Tb原子比（全文同）为0 、1%、2%、3%、4%的比例分别称取并加入到去离子水中，再按五氧化二钒(V2O5)∶二水合乙二酸(C2H2O4·2H2O)为1∶2称取一定量的二水合乙二酸并加入，将所得混合物充分磁力搅拌至溶解，得到一定浓度的钒前体溶液。
将所得钒前体溶液移至水热合成反应釜中，并放入电热鼓风干燥箱内，260 ℃一步水热反应24 h；收集得到蓝黑色沉淀物，并倾倒含水上清液；随后分别用去离子水和无水乙醇反复进行三次离心和洗涤；60 ℃下真空干燥12 h，得到Tb掺杂V1-xTbxO2粉体。
1.2 基底的处理
以20 mm×20 mm×1.1 mm尺寸的ITO导电玻璃为基底。使用前应进行必要的预处理，以有效去除玻璃表面存在的灰尘、油脂等杂质污染，按照甲苯（10～20 min）→丙酮（10～15 min）→无水乙醇（10～20 min）→去离子水（20～30 min）的顺序进行超声清洗，吹风机吹干待用。
1.3 Tb掺杂V1-xTbxO2薄膜的制备
以上述制备的粉体材料为基体，无水乙醇为溶剂，加入2 mmol/L碘单质，沉积液浓度1.5 g/L，采用双电极体系在外加直流电场作用下恒压阴极EPD沉积法制备V1-xTbxO2薄膜。其中，ITO导电玻璃作阴极，石墨片作阳极（横向尺寸与ITO玻璃相似），平行放置，电极间距为2 cm。沉积结束后，对其进行干燥处理，在真空干燥箱中60 ℃下干燥3 h，以除去多余的溶剂，得到V1-xTbxO2(M)薄膜。
1.4 表征与性能测试
采用德国Bruker D8 Advance型X射线衍射仪对样品的物相进行分析，CuKα辐射，λ为
0.15418 nm，仪器功率40 kV×40 mA，扫描区间为10°～80°，扫速为10°/min；使用美国Thermo Scientific的ESCALAB 250 Xi型X射线光电子能谱仪，分析薄膜元素组成与化学态，X射线源为Al K Alpha；借助德国Gemini-SEM-500型场发射扫描电子显微镜观察样品的微观形貌特征。利用瑞士DSC3+型差示扫描量热仪检测样品的相变温度，N2气氛保护，测试的温度范围为室温～120 ℃，升温速率为10 ℃/min。通过PE Lambda 950型紫外-可见-近红外光谱仪对薄膜的光学性能进行表征分析，测试波长范围为200～2500 nm，测试温度点为25 ℃和90 ℃，测试模式为透过；使用TI950 TriboIndenter型纳米压痕仪对薄膜的力学性能进行表征分析，计算薄膜的硬度H、弹性模量E和接触刚度S等。薄膜的可见光透过率（Tlum, 380 nm < λ < 780 nm）和太阳光调制能力（ΔTsol, 300 nm < λ <
2500 nm）计算式如下：$$ T_{\operatorname{lum}(\text { sol })} = \int \varphi_{\text {lum(sol) }}(\lambda) T(\lambda) \mathrm{d} \lambda / \int \varphi_{\text {lum(sol) }}(\lambda) \mathrm{d} \lambda $$ (1) $$ \Delta {T}_{\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{l}}={T}_{\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{l},\mathrm{室}\mathrm{温}}-{T}_{\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{l},\mathrm{高}\mathrm{温}} $$ (2) 式中，φlum(λ)是人眼明视觉的标准发光效率函数[18]；φsol(λ)是空气团为1.5（相当于太阳与地平线形成37°夹角）时的太阳辐照度光谱[19]；T(λ)是波长λ处的透射率；ΔTsol为低温（25 ℃）Tsol和高温（90 ℃）Tsol的数值之差。
薄膜的硬度H、接触刚度S及弹性模量E计算公式如下[20−21]：
$$ S={\left(\frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}h}\right)}_{h-{h}_{\mathrm{m}}}=m\alpha {\left(h-{h}_{\mathrm{m}}\right)}^{m-1} $$ (3) $$ E_{\mathrm{r}}=\frac{\sqrt{\text{π}}}{2\beta}\frac{S}{\sqrt{A}}\quad\frac{1}{E_{\mathrm{r}}}=\frac{1-\nu^2}{E}+\frac{1-\nu_{\mathrm{i}}}{E_{\mathrm{i}}} $$ (4) $$ H=\frac{{P}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}}{A} $$ (5) 式中，S为卸载曲线的斜率，即刚度；P为载荷；α和m为拟合常数；hm为最大压痕深度；hf为残余压深；νi和Ei分别为金刚石压头的泊松比及弹性模量，νi取0.07，Ei取
1141 GPa；ν为材料的泊松比；β为与压头形状有关的常数；A为接触面积；Pmax为最大载荷。2. 结果与讨论
2.1 物相、结构及微观形貌特征分析
V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)的XRD图谱及（011）晶面处局部放大如图1所示。由图1可知，XRD的衍射峰与VO2(M)相和Tb(VO4)相相匹配。其中，VO2(M)与标准PDF卡片（JCPDS：72-0514）的衍射峰匹配较好，属P21/c空间群，晶面为（011）、（−202）、（002）、（−212）、（−222）、（022）、（−402）和（202），主衍射峰强度大，峰形尖锐。在2θ角为18.618°，24.789°和49.379°附近检测到额外的Tb(VO4)（JCPDS：82-1972），其对应晶面为（101）、（200）和（312），晶胞参数为a =
0.7177 nm，b =0.7177 nm，c =0.6326 nm。
图 1 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) XRD谱及（011）晶面局部放大Figure 1. XRD patterns and (011) crystal plane local amplification diagram of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)基于图1分析可知，Tb掺杂二氧化钒的各主衍射峰明显清晰，峰强大，峰形尖锐，说明所得掺杂二氧化钒的结晶度较高。当Tb3+的掺杂量从0增至4%时，（011）晶面衍射峰的2θ角分别为27.935°、27.910°、27.885°、27.860°和27.834°，衍射峰角度的改变表明Tb已经掺入到VO2晶格中。根据Bragg公式d=nλ/2 sinθ计算可得，VO2(M)（011）晶面的晶面间距分别为
0.31938 、0.31966 、0.31994 、0.32023 nm和0.32052 nm。衍射峰随Tb掺杂水平的增加略向小角度偏移，晶面间距增大。这是因为Tb3+掺入后，取代了VO2晶格点阵上V4+的位置，形成了置换固溶体，Tb3+（92.3 pm）的离子半径明显大于V4+（58 pm），晶格会沿着这些平面发生膨胀，产生晶格畸变，导致晶面间距d增加，由Bragg方程可知，d的增加必然会导致衍射角θ的减小，即在XRD图谱上呈现为向小角度偏移。为进一步确认Tb原子是否掺杂进VO2(M)中及Tb掺杂二氧化钒薄膜的化学组成和各元素的价态情况，利用XPS对Tb掺杂二氧化钒薄膜进行分析，结果如图2所示。由图2(a)可见，薄膜表现出V、O、Tb、C元素的特征峰，其中，C元素为校准元素，其C 1s特征峰对应的结合能为284.8 eV。除上述四种元素外，并未产生其它元素的特征峰，说明制备过程误差小，所得样品纯度较高，条件合理。XPS测试分析证实了薄膜的Tb掺杂以及薄膜的纯度。
图 2 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2 $(M)薄膜XPS谱(a) 宽谱扫描； (b) V 2p + O 1s高分辨扫描； (c) Tb 3d高分辨扫描Figure 2. XPS spectrum of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2 $(M) films为明确各元素的价态情况，图2(b)为542～509 eV结合能范围内，样品V 2p + O 1s的高分辨XPS扫描。利用Avantage软件分峰拟合处理，V 2p3/2峰可分裂为结合能位于516.17 eV和517.18 eV的两个峰，分别归属于V4+和V5+。V 2p1/2 峰处是结合能为523.5 eV处的V4+ 2p1/2峰。O 1s峰通过分峰拟合可获得两个峰，结合XPS数据库，结合能位于529.23 eV处的O属于V-O成键方式，可归属于金属氧化物VO2中的O元素，结合能位于531.57 eV处的O可能以C-O、C=O等相关模式成键。图2(c)为
1330 ～1227 eV结合能范围内，样品Tb 3d的高分辨XPS扫描。由图2可以清晰地观察到Tb 3d峰，分别为位于1277.32 eV处的Tb3+ 3d3/2特征峰及1242.21 eV处的Tb3+ 3d5/2特征峰。表明Tb元素已经以+3价的形式掺入于二氧化钒晶格中。图3为不同Tb元素掺杂水平下制备V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)的SEM形貌。由图3(a)可知，未掺杂二氧化钒呈雪花棱柱状形貌，其分支长度为1.5～6.5 μm，厚度在150～300 nm。从图3(b)～(e)可以看出，Tb元素掺杂可以使二氧化钒样品的形貌发生明显改变。随着Tb掺杂水平的增加，微观结构由未掺杂的二维生长出现向四周进行生长，分支以成核点为中心而聚集交错，形成大的烟花苞状结构，二氧化钒的晶粒尺寸增大，长度和厚度分别为3.5～9.5 μm和385～850 nm。这可能是由于尺寸效应对颗粒大小产生影响，产生晶格畸变，引起了二氧化钒形貌发生变化。
图 3 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)的SEM形貌Figure 3. SEM images of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)2.2 相变温度分析
图4为不同含量Tb掺杂V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)的DSC曲线及相变温度Tc随掺杂量的变化趋势。由图4(a)可知，对于0 Tb下其相变温度为64.5 ℃，与纯的M相二氧化钒相近，存在偏差的主要原因是受制备方法及工艺参数的不同导致出现不同的尺寸效应所影响。在Tb掺杂量为1%、2%、3%、4%下相变温度Tc分别为62.56、61.5、59.833、59.01 ℃。从图4(b)可以看出，Tc随着Tb元素掺入量的增加呈现出下降趋势，平均每1%的Tb掺入，其Tc降低约1.5 ℃。对于相变温度的降低，从晶体结构方面解释，这是由于掺入比钒离子自身半径大的Tb3+后，导致V-V键被拉伸，使结构不稳定，破坏了单斜相中V4+-V4+链的同极结合，导致相变温度的降低。
图 4 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)样品DSC曲线及Tc随掺杂水平变化趋势Figure 4. DSC curves of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) samples and the trend diagram of Tc with doping level2.3 光学及力学性能分析
为了研究Tb掺杂对VO2薄膜光学性能的影响，V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)薄膜的UV-Vis-NIR光谱如图5所示。由图5可见，由于Tb3+离子掺杂进VO2晶格中，在1%～4%的掺杂水平下，在可见光范围内和近红外波段内的透射显著增强。随着Tb掺杂水平的增加，可见光透过率Tlum从54.8%（0）不断提高，在4% Tb掺杂时达到72.5%。在0～2% Tb掺杂时，太阳光调制能力ΔTsol从8.2%增加到9.1%。当Tb掺杂量超过2%时，ΔTsol出现回落，变化量～74.51%。通过综合计算得到Tlum及ΔTsol可知，光学性能的整体最佳组合发生在Tb掺杂量为2%时。当T<Tc时，二氧化钒薄膜对红外光呈现高透射，近红外光透过率提高，光学透射率随波长的增加呈上升趋势，反之下降。这可以说明样品在25～90 ℃完成了相变，即二氧化钒由金属态转变为绝缘态，显示出二氧化钒薄膜的MIT性能。
图 5 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)薄膜UV-Vis-NIR光谱Figure 5. UV-Vis-NIR spectra of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) films图6给出了不同含量Tb掺杂V1-xTbxO2(x=0,1,2,3,4)(M)薄膜的载荷-位移曲线。通过拟合载荷-位移曲线的加载过程和卸载过程，然后根据公式(3)～(5)计算出Tb掺杂二氧化钒薄膜样品的硬度H、接触刚度S及弹性模量E，计算结果见表1。
图 6 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)薄膜的载荷-位移曲线Figure 6. Load-displacement curves of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) films表 1 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)薄膜的力学性能Table 1. Mechanical properties of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) filmsTb掺
杂量/%hf/nm A/nm2 m S/(μN∙nm−1) Er/GPa E/GPa H/GPa 0 75.9248 3.6968 1.5759 86.8107 82.5867 80.9926 6.9155 1 72.1562 4.0017 1.5601 86.2096 84.0644 82.5565 7.2658 2 69.1897 6.8657 1.4552 87.1117 85.0541 83.6065 8.0026 3 71.7205 5.2672 1.5125 84.4035 84.4123 82.9256 7.5326 4 73.8157 4.9342 1.5222 85.8891 84.1183 82.7137 7.3593 结合表1及图6可以看出，Tb元素的掺入增大了VO2薄膜的硬度及弹性模量，可见Tb元素的掺入能够起到增强二氧化钒薄膜力学性能的作用。随着Tb元素掺入量的增加，VO2薄膜的硬度及弹性模量表现为先增大后减小的变化，当Tb元素的掺入量为2%时，二氧化钒薄膜的力学性能呈现最大值，对应的弹性模量及硬度分别为
83.6065 GPa和8.0026 GPa。不同Tb含量掺杂VO2薄膜弹性模量及硬度的最大变化量分别为3.23%及15.72%。3. 结论
对二氧化钒薄膜材料引入重稀土Tb元素掺杂，并研究Tb掺杂对二氧化钒薄膜相结构、微观形貌特征、相变温度、光学及力学性能的影响，得到如下主要结论：
1） 随着Tb元素掺杂量的增加，XRD衍射峰出现向小角度偏移现象，Tb元素以+3价的形式掺入于二氧化钒晶格中。
2） Tb元素掺杂能明显影响二氧化钒的微观结构特征，使得晶粒尺寸增大，分支在长度和厚度上都趋于增加。
3） 相变温度随Tb元素掺杂水平的提高而降低，在4% Tb掺杂水平下，相变温度降低至59.01 ℃。
4） 掺杂Tb元素能极大地增强可见光及红外范围内的透射，对二氧化钒薄膜的力学性能具有增强作用。
5） 二氧化钒薄膜在提高光学性能的同时实现更大幅度降低Tc的能力还有待进一步研究和改善，以实现其在建筑节能等领域的大规模应用。
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图 1 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) XRD谱及（011）晶面局部放大
Figure 1. XRD patterns and (011) crystal plane local amplification diagram of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)
图 2 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2 $(M)薄膜XPS谱
(a) 宽谱扫描； (b) V 2p + O 1s高分辨扫描； (c) Tb 3d高分辨扫描
Figure 2. XPS spectrum of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2 $(M) films
图 3 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)的SEM形貌
Figure 3. SEM images of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)
图 4 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)样品DSC曲线及Tc随掺杂水平变化趋势
Figure 4. DSC curves of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) samples and the trend diagram of Tc with doping level
图 5 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)薄膜UV-Vis-NIR光谱
Figure 5. UV-Vis-NIR spectra of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) films
图 6 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)薄膜的载荷-位移曲线
Figure 6. Load-displacement curves of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) films
表 1 ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M)薄膜的力学性能
Table 1. Mechanical properties of ${\mathrm{V}}_{1-x}{\mathrm{Tb}}_x{\mathrm{O}}_2\;(x $=0,1,2,3,4)(M) films
Tb掺
杂量/%hf/nm A/nm2 m S/(μN∙nm−1) Er/GPa E/GPa H/GPa 0 75.9248 3.6968 1.5759 86.8107 82.5867 80.9926 6.9155 1 72.1562 4.0017 1.5601 86.2096 84.0644 82.5565 7.2658 2 69.1897 6.8657 1.4552 87.1117 85.0541 83.6065 8.0026 3 71.7205 5.2672 1.5125 84.4035 84.4123 82.9256 7.5326 4 73.8157 4.9342 1.5222 85.8891 84.1183 82.7137 7.3593 
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