FTO/TiO2多功能节能镀膜玻璃的AACVD法制备性能及本构关系的研究

摘要

随着我国经济社会发展不断深入，生态文明建设的地位和作用日益凸显。其中建筑节能领域是贯彻节能减排措施，实现生态文明社会的重要一环。建筑节能镀膜玻璃一直是该领域的研究热点。FTO（SnO2:F）由于其化学稳定性、无毒、廉价、高透过率及高电导率等性质，使得它成为低辐射玻璃的首选材料。同时，在低辐射玻璃的基础上，通过制备FTO/TiO2薄膜，能使之同时具有较好的低辐射性能和自清洁功能。 本文首先简要介绍了建筑节能镀膜玻璃的研究与应用现状，主要针对低辐射镀膜玻璃与自清洁镀膜玻璃，重点总结和评述了以FTO为代表的透明导电薄膜和TiO2薄膜的研究现状，以及该类薄膜具有节能效果的原理。针对氧化物薄膜制备过程中存在的生长机理不明确、工艺条件复杂，节能性能待进一步优化等问题，采用超声雾化辅助气相化学沉积（AACVD）技术，选取前驱体溶剂、沉积温度、沉积时间、F掺杂浓度四个实验参数制备了一系列FTO薄膜，并通过各种材料表征手段对薄膜的微结构与宏观性能的关系进行了研究。重点通过椭圆偏振光谱法研究了FTO薄膜在不同工艺条件下结构与性能变化的过程及其相关机理。最后引入纳米TiO2颗粒为Ti源，制备了FTO/TiO2串联薄膜。本文主要研究内容和结果如下: （1）用AACVD法，以单丁基氯化锡和氟化铵作为先驱体，通过前驱体溶剂，沉积温度，沉积时间，F掺杂浓度四项工艺参数调控，控制薄膜生长过程，在玻璃基体表面制得了金红石相、柱状生长的SnO2:F薄膜。通过选取水，乙醇，甲醇，异丙醇四种溶剂进行实验，采用傅里叶红外光谱仪研究了前驱体中前驱物的化学组成，发现当以甲醇为溶剂时，能获得性能最优的薄膜。通过控制沉积温度在350℃~500℃之间，发现较高的沉积温度不仅能提高镀膜效率，也能增强薄膜结晶性。 （2）通过控制沉积时间在2min~10min之间，研究了薄膜厚度对FTO薄膜性能的影响，发现当薄膜厚度控制在600nm左右时，薄膜光电性能达到最优。通过控制前驱体中F掺杂浓度，研究了掺杂量对FTO薄膜性能的影响规律，发现当前驱体中掺杂量达到一定比例后，在本实验中为15.00~30.00at%，已达到掺杂饱和。最后，获得了方块电阻~6Ω/sq，辐射率在0.11的FTO薄膜，该薄膜在低辐射镀膜玻璃以及太阳能电池方面都有很好的应用前景。 （3）采用椭圆偏振光谱仪技术对所制备薄膜的光学结构进行了系统性分析，得到了薄膜在全光谱范围内的色散曲线，确定了等离子共振点随制备条件移动的变化规律。得到了一种针对薄膜光学结构的解析范式，在分析AACVD方法制备FTO薄膜的本构关系过程中有很好的效果。 （4）在此基础上，以纳米TiO2颗粒为Ti源，制备了FTO/TiO2串联薄膜。通过研究不同退火温度对串联薄膜光电特性的影响，控制退火温度适中能够使FTO和TiO2之间形成异质结，使得串联薄膜在紫外灯照射10min情况下，亲水角为5°，实现了兼备有低辐射功能和自清洁功能的多功能节能玻璃的开发。

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