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PTFE/ZrAlN/Ag/ZrAlN薄膜的制备及性能研究

苏俊  
【摘要】:节能减排是目前人类解决环境污染最为有效的途径之一,建筑能耗占到了社会总能耗的三分之一;同时建筑能耗密切关系到人类的生产与生活,随着城市的发展和人类社会科技的进步,建筑能耗持续上升。为了解决建筑能耗问题,窗口材料成为了关健,低辐射玻璃相较其他节能玻璃,节能效果好,保温隔热系数高。但是普通的低辐射玻璃透光率不良、使用寿命短、耐腐蚀能力差、耐沾污能力差。为了进一步提高低辐射玻璃的节能效果和可见光透光率,改善低辐射玻璃的耐腐蚀能力和耐沾污能力,本文采用磁控溅射法制备了不同制备工艺参数下的增透型介质膜ZrAlN薄膜、低辐射功能膜Ag膜以及疏水附加膜PTFE薄膜,并采用紫外-可见分光光度计、四探针电阻仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫面电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等仪器设备对薄膜的性能、微观结构与组成成分进行了表征。并在此基础上制备了低辐射膜系结构ZrAlN(80nm)/Ag(12nm)/ZrAlN(80nm)以及疏水低辐射膜系结构PTFE(270nm)/ZrAlN(80nm)/Ag(12nm)/ZrAlN(80nm),其光学性能优异、耐腐蚀和耐沾污能力强。通过磁控溅射制备单层薄膜发现:ZrAlN薄膜具备优异的可见光透光率和一定的红外反射率,特别是当Zr靶功率和Al靶功率均为110W,N_2流量为6sccm,溅射时间为210min时,薄膜厚度为141nm,在可见光谱550nm处的可见光透光率达到93.4%,红外反射率为21.54%,辐射率为0.74。同时通过纳米划痕实验和盐雾试验发现ZrAlN薄膜具备优良的机械性能和耐腐蚀性能。制备的单层Ag膜表面电阻为8.08Ω/□,550nm处可见光透光率为73.2%,理论辐射率为0.099。制备的PTFE薄膜厚度为276.63nm,薄膜的静态接触角达到124.8°,可见光区平均透光率为91.2%。经过磁控溅射制备复合薄膜研究表明,膜系结构为ZrAlN(80nm)/Ag(12nm)/ZrAlN(80nm)的低辐射薄膜具有良好的光学性能和耐腐蚀性能。其最大可见光透光率为83%,550nm处的可见光透光率为80%;薄膜对酸、碱、盐均有良好的耐腐蚀能力,可见光透光率在腐蚀前后变化值均不超过4%。PTFE(270nm)/ZrAlN(80nm)/Ag(12nm)/ZrAlN(80nm)疏水低辐射薄膜静态接触角为130.2°,可见光区最大透光率为82%,在550nm处的可见光透光率为79%,在整个可见光区的平均透光率超过75%,外辐射率为0.11。


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