TiO_2自清洁低辐射复合薄膜的设计与制备

【摘要】：低辐射薄膜具有高的可见光透过率和红外反射率，可起到高效的隔热保温作用，而TiO_2镀膜玻璃具有良好的光催化性能和亲水性性能，可以实现自清洁功能。在玻璃的两侧分别制备低辐射薄膜和TiO_2薄膜，可以使玻璃同时实现隔热保温和自清洁功能。 利用TFCalc软件优化设计的TiO_2自清洁低辐射复合薄膜的膜系结构为Air/TiO_2(100nm)/Glass/TiO_2(30nm)/Ag(15nm)/Ti(1nm)/TiO_2(30nm)/Air，并进行了分析。 根据低辐射薄膜的基本原理设计了TiO_2/Ag/Ti/TiO_2多层结构的低辐射薄膜，并利用TFCalc软件对Ag膜和TiO_2膜厚度进行了设计，当TiO_2膜厚度为30nm，Ag膜厚度为15nm时，镀膜玻璃在可见光中心波长550nm处的透过率最高。根据模拟结果采用电子束蒸发方法制备了TiO_2/Ag/Ti/TiO_2低辐射薄膜，当Ag膜厚度为15nm时制备的低镀膜玻璃具有可见光的高透过性，可见光透过率大于70%的带宽W_(70)接近330nm，红外辐射率只有0.06，而当Ag膜厚度为10nm或20nm时镀膜玻璃的可见光透过率较低。通过薄膜电阻分析并结合原子力显微镜观测等方法的综合分析表明Ag膜在TiO_2膜上形成连续膜的临界厚度为15nm左右。根据Ag膜厚度对多层薄膜光学性能的影响规律可知，当反射层刚形成连续膜时，多层薄膜可获得最佳的低辐射效果。 利用TFCalc软件模拟了不同Al膜和TiO_2膜厚度对TiO_2/Al/TiO_2多层低辐射薄膜光学性能的影响，并采用电子束蒸发技术制备出了该体系低辐射薄膜。通过对理论模拟结果与实验结果的综合分析，认为由于在镀膜过程中Al易氧化生成氧化铝，改变了薄膜的结构，从而使得实验结果与设计结果产生了较大的偏差。 利用电子束蒸发方法在玻璃上沉积了TiO_2薄膜，并研究了热处理工艺对TiO_2薄膜组织结构和性能的影响规律。TiO_2薄膜经450℃热处理后由非晶态转变为锐钛矿，可见光的平均透光率降低，禁带宽度变小，但亲水性却得到提高，并且光照40min之后光催化降解速度升高。 【关键词】：低辐射玻璃 连续性 光学性能 自清洁 复合薄膜
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 自清洁低辐射镀膜玻璃14-15
• 1.1.1 自清洁低辐射镀膜玻璃的研究背景14-15
• 1.1.2 自清洁低辐射镀膜玻璃的研究现状15
• 1.2 低辐射薄膜15-20
• 1.2.1 低辐射镀膜玻璃的节能原理15-18
• 1.2.2 低辐射薄膜的膜系结构18
• 1.2.3 低辐射薄膜的设计方法18-19
• 1.2.4 低辐射薄膜的制备19-20
• 1.3 自清洁薄膜20-21
• 1.3.1 自清洁薄膜的分类20-21
• 1.3.2 自清洁薄膜的制备21
• 1.4 TiO_2薄膜21-24
• 1.4.1 TiO_2薄膜的自清洁性能21-24
• 1.4.2 TiO_2薄膜的低辐射性能24
• 1.5 本课题的研究内容及意义24-26
• 第2章 实验方法26-32
• 2.1 薄膜的制备装置26
• 2.2 薄膜的制备26-28
• 2.2.1 衬底的选择及预处理过程26-27
• 2.2.2 电子束蒸发镀膜工艺 ( E - beam )27-28
• 2.2.3 薄膜退火工艺28
• 2.3 薄膜的组织结构表征方法28-29
• 2.3.1 X 射线衍射分析28
• 2.3.2 扫描电子显微镜分析28-29
• 2.3.3 原子力显微分析29
• 2.4 薄膜的性能测试29-32
• 2.4.1 薄膜的光学性能测试29
• 2.4.2 薄膜的电性能测试29-30
• 2.4.3 薄膜的亲水性测试30-31
• 2.4.4 薄膜的光催化性能测试31-32
• 第3章 TiO_2自清洁低辐射镀膜玻璃的设计32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 TFCalc 设计软件32-33
• 3.3 低辐射镀膜玻璃的设计33-41
• 3.3.1 膜系设计基本原则34
• 3.3.2 软件设计流程与结果34-41
• 3.4 TiO_2自清洁低辐射玻璃的设计41-42
• 3.5 小结42-44
• 第4章 TiO_2低辐射薄膜的制备与性能44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 Ag 系低辐射薄膜的结构和性能44-56
• 4.2.1 工艺参数对 Ag 系低辐射薄膜结构和性能的影响44-50
• 4.2.2 Ag 膜连续性对 Ag 系低辐射玻璃光学性能的影响50-55
• 4.2.3 TiO_2膜厚度对 Ag 系低辐射玻璃透过率的影响55-56
• 4.3 Al 系低辐射薄膜的光学性能56-60
• 4.3.1 化学计量比对光学性能的影响57-59
• 4.3.2 Al 膜厚度对光学性能的影响59
• 4.3.3 Al 膜氧化对光学性能的影响59-60
• 4.4 小结60-62
• 第5章 TiO_2自清洁薄膜的制备与性能62-69
• 5.1 引言62
• 5.2 TiO_2自清洁薄膜的制备工艺与组织结构分析62-64
• 5.3 TiO_2自清洁薄膜的自清洁性能64-66
• 5.3.1 亲水性能64-65
• 5.3.2 光催化性能65-66
• 5.4 TiO_2自清洁薄膜的光学性能和禁带宽度66-68
• 5.4.1 光学性能66
• 5.4.2 禁带宽度66-68
• 5.5 小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 附录 A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录75-76
• 致谢76

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