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TiO_2/NiCr/Au-Ag/NiCr/TiO_2型复合膜的制备及其低辐射性能研究

蔡彬  
【摘要】:离线低辐射(Low-E)薄膜凭借其优秀的光谱选择性而广泛应用于建筑领域。但是却存在膜层厚度难以把握,功能层稳定性差、易氧化、与基底粘附力弱等问题。本文以Drude模型为基础,使用特性矩阵计算TiO2/NiCr/Au-Ag/NiCr/TiO2复合膜系的光学常数,设计该膜系的结构及每层的厚度,用磁控溅射的方法制备出各膜层,通过膜厚测控仪和和椭偏仪测量膜层厚度,确定制备各膜层所需厚度的工作参数;通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)分析薄膜样品表面的微观结构;采用可见-近红外分光光度计和红外光谱仪对样品的光学性能进行检测和分析,表征其低辐射性能。研究工作主要包括以下内容: 1.确定复合膜的膜厚与磁控溅射的工艺参数。以光学理论和Drude色散理论为依据,确定复合膜系的结构及各层的厚度为TiO2 (50nm)/NiCr (5nm)/Au-Ag (20nm)/NiCr (5nm)/TiO2 (50nm)。结合膜厚测控仪对各靶材溅射速率和椭偏仪对膜层厚度的测试与分析,优化实验方案,确定制备各膜层效率最高,性能稳定,重复性好时的工作参数。 2. Au-Ag功能层的制备及性能分析。在玻璃基底、PET柔性衬底、单晶硅片上分别溅射镀制了Ag及Au-Ag功能膜系,研究了Ag膜及Au-Ag合金膜的微观结构与光学性能之间的关系,对比了Ag膜及Au-Ag合金膜稳定性。结果表明:Ag膜的生长方式随着厚度的增加,经历了由岛状到层状再到岛状的过程;少量Au的加入增强了膜层与基底间的结合力,使样品表面的RMS粗糙度从3.3降至2.43, Au-Ag合金膜层的生长方式不随着厚度的增加而改变,保持层状生产方式。在室温条件下放置30天后,Ag膜层表面剥落严重,可见-近红外光区的透射率保持在70%左右,丧失其功能性;Au-Ag合金膜层依然致密均匀,在可见-近红外光区的透射率仅降低5%左右,稳定性优于Ag膜。 3.TiO2介质膜的制备与性能分析。采用Ti02陶瓷靶直接溅射和Ti靶与氧气反应溅射的两种方法制备Ti02介质膜,研究了两种制备方法对所制备膜系的光学性能的影响。结果表明用Ti02陶瓷靶制备的Ti02薄膜为平面生长模式,RMS粗糙度低至1.03nm。采用陶瓷靶制备出Ti02介质膜的复合膜的透射率在1000nm时降至39.4%,有效的防止功能层的氧化,有利于获得性能优良的低辐射膜。 4. TiO2/NiCr/Au-Ag/NiCr/TiO2复合膜的结构优化。结合以上计算和实验结果,优化复合膜的结构,得到最优样品的低辐射性能如下:在可见光区(380nm-780nm)的透射率最高可达82.5%,平均透射率为73.2%;在远红外区(4.5μm-25μm)的平均反射率为86.3%,计算得出其辐射率为0.11,高于GB/T 18915.2-2002对建筑物幕墙玻璃和汽车前挡玻璃等标准(0.15)的应用要求。


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