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溶胶凝胶法Sb掺杂SnO_2薄膜的制备、性能及新型节能镀膜玻璃的研究

史金涛  
【摘要】:本论文全面的介绍了节能镀膜玻璃,特别是低辐射镀膜玻璃的发展概况,节能特性、原理、低辐射膜的种类以及常用的制备方法等,并总结得出高掺杂宽禁带半导体材料如SnO_2等以其优异的光学性能,低廉的原料价格和方便的制备工之,能够成为经济性节能镀膜玻璃的主要膜层材料。 以无机金属盐SnCl2·2H20和SbCl3为原料,采用溶胶凝胶浸渍法制备得到光学、电学性能较为优良的掺锑SnO2薄膜。在掺杂浓度为[Sb/(Sn+Sb)mol%]为15%,浸渍涂膜5层,经500℃干燥固化热处理后得到的SnO::Sb薄膜,其方块电阻可达144Ω/□,载流子浓度可达6.53×1020cm-3,迁移率为3.02 cm2v-1s-1,可见光透射率峰值可达85%以上,红外反射率在20%以上。 系统研究了热处理温度、薄膜厚度和掺杂浓度等制备工艺过程对SnO2薄膜微结构、薄膜组成的影响,并分析了薄膜的形成机理。溶胶凝胶法制备的SnO2热处理温度在450℃~500℃之间较为适宜,薄膜呈纳米多孔结构,随着热处理温度的提高和薄膜厚度的增加,SnO2薄膜结晶性能提高,晶粒长大,发育趋向良好。但薄膜厚度的增大和掺杂浓度的提高会恶化膜面的平整度,同时过量的掺杂(20%)也很影响薄膜的结晶性能。在500℃下形成的SnO2薄膜晶粒主晶相是四方相金红石结构,也存在微量的斜方相SnO晶型结构。 对溶胶凝胶法制备的SnO2薄膜的光学、电学性能作了深入的研究,适量的掺杂sb(~15%)能显著提高薄膜的导电性能,并保持较高的可见光透射率和较低的反射率。薄膜的红外反射性能跟薄膜的载流子浓度和迁移率的关系密切,只有提高薄膜的载流子浓度和迁移率,降低薄膜的电阻率,才能大幅提高薄膜的红外反射率。 在以上基础上,采用旋涂法分别在普通浮法透明玻璃和硅基镀膜热反射玻璃上尝试制备具有节能效果的SnO2/玻璃单层低辐射镀膜玻璃和SnO2/Si/玻璃复合高效节能镀膜玻璃。通过对其光学性能、化学稳定性的分析,可以认为上述玻璃通过与SnO2薄膜的结合,在保持其原有可见光波段透射反射特性的基础上,提高了玻璃的绝热性能,具有一定的节能效果。


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