Kombinatorische Exploration von thermochromen Schichten in V-M1-M2-O Sytemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463914389

Dieses Projekt befasst sich mit der Erforschung von thermochromen Schichten auf VO2-Basis in V-M1-M2-O-Systemen (M1, M2: z.B. W, Mg, Er, Li) für den zukünftigen Einsatz in Smart Windows. Die zu entwickelnden Schichten zeigen eine hohe Lichtdurchlässigkeit (Tlum) und Modulation der Sonneneinstrahlung (ΔTsol) bei einer reversiblen Phasenumwandlung nahe Raumtemperatur. Die Zugabe von dritten Elementen kann die Übergangstemperatur (Tc) senken und die thermochrome Leistung (Tlum und ΔTsol) von auf VO2 basierenden Phasen verbessern: z.B. kann W Tc von VO2 (68°C) effektiv senken, aber Tlum und ΔTsol werden dabei verschlechtert; Alkali- und Seltenerdmetalle verbessern Tlum, senken Tc aber nicht wesentlich. Daher muss ein multidimensionaler Suchraum erforscht werden, um ein neues multinäres Material zu finden, das alle notwendigen Anforderungen erfüllt. Um eine bessere Leistung von VO2-basierten dünnen Schichten für Smart Windows zu erreichen, werden zunächst V-M1-O-Systeme mit unerforschten Elementen für M1 untersucht, auf der Suche nach Elementen, die Tc reduzieren und Tlum verbessern. Anschließend werden quaternäre Systeme (V-M1-M2-O) untersucht: Synergistische Effekte von M1 und M2 auf die thermochromen Eigenschaften von VO2 werden erwartet, um geringeres Tc und höheres Tlum zu erreichen. Dies erfordert einen großen experimentellen Datensatz, der durch die Synthese von kombinatorischen Materialbibliotheken und deren Hochdurchsatzcharakterisierung erreicht wird. Die besten identifizierten Systeme werden zusätzlich als nanoporöse Schichten durch Glanzwinkelabscheidung hergestellt, um Tlum weiter zu verbessern, und zur weiteren Optimierung von Tlum wird eine schützende Antireflexschicht aufgebracht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen