钛化物节能薄膜的制备及其光电性能研究

【摘要】：随着经济和社会的发展,能源危机日益加剧,节能逐渐受到全世界的关注。节能镀膜玻璃是一种优异高效的建筑材料。为解决目前多层节能镀膜玻璃生产工艺复杂、成本高等问题,本研究提出用导电性能良好的钛化物作为节能材料,尝试制备单层的节能镀膜玻璃。本论文研究了玻璃基板上TiN和TiC单层节能薄膜的制备及其光学、电学性能。主要得到了以下结果。 首先,用适合与浮法生产线相结合的常压化学气相法,分别以TiCl4和NH3为原料,在普通玻璃基板上沉积了单层TiN薄膜。运用XRD、SEM、EDX、UV-VIS四探针电阻测试仪、UV-VIS等表征手段研究了氨气流量变化对薄膜的结晶形态,表面和断面形貌,表面成分,电学性能和光学性能的影响。结果表明：在纯TiN薄膜中,随着氨气流量的增加,TiNx薄膜中x值从0.691增加到1.381,薄膜的结晶强度和品格常数先增加后减小,薄膜的方块电阻先减小后增加。当氨气流量为100sccm时,TiNx薄膜中x值接近1,薄膜的方块电阻达到12.6Ω/sq,在近红外区的反射率达到60%,在中远红外区的反射率达到87.87%,薄膜具备优良的节能性能。但是,此时薄膜在可见光区的透光率低,为17%。 为了提高薄膜的可见光透过率,对TiN薄膜进行了钒掺杂。对于钒掺杂的TiN薄膜,随着氨气流量的增加,薄膜中N/(Ti+V)从0.8795增加到1.2419,薄膜中V的含量基本维持在0.4%左右,薄膜的结晶强度先增加后减小,薄膜的方块电阻先减小后增加,维持在10Ω/sq左右。当氨气流量为100sccm时,薄膜的方块电阻达到8.3Ω/sq。薄膜在可见光区的透光率明显增加,达到33%,在近红外区的反射率达到60%,在中远红外区的反射率达到91.75%,薄膜具备优良的节能性能。 另外,采用涂覆法,以TiC粉末为原料,PVP、PEG、PVA为添加剂,在普通玻璃基板上制备了单层TiC薄膜。探索了TiC薄膜的成膜条件。运用SEM、四探针电阻测试仪、UV-VIS等表征手段研究了热处理,PVP含量、溶液滴加量对薄膜的形貌,表面成分,电学性能和光学性能的影响。结果表明：在pH为10时,采用PVP与PEG作为添加剂时,薄膜具有良好的光电性能。热处理能提高含PVA与PEG添加剂的TiC薄膜的光电性能。经过热处理后,薄膜的方块电阻降低到221Ω/sq,近红外反射率升高到7%。在含有PVP与PEG添加剂的TiC薄膜中,随着PVP含量的增加,薄膜的方块电阻逐渐减小,薄膜的近红外反射率先增加,后保持不变；同时随着溶液滴加量的增加,薄膜的方块电阻先增加后减小,薄膜的近红外反射率逐渐减小。在PVP含量为5%下,溶液滴加量为4m1时,薄膜的方块电阻达到44.4Ω/sq,此时薄膜的近红外反射率达到16%,薄膜具有良好的节能性能。 【关键词】：TiN薄膜 常压化学气相沉积法 TiC薄膜 涂覆法 光电性能
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN304.055
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 节能玻璃镀膜材料的研究概述13-19
• 1.2.1 阳光控制镀膜玻璃14-16
• 1.2.1.1 阳光控制玻璃的节能原理14-15
• 1.2.1.2 阳光控制膜的膜层结构和材料15-16
• 1.2.2 低辐射镀膜玻璃16-19
• 1.2.2.1 低辐射玻璃的节能原理16-17
• 1.2.2.2 低辐射膜的膜层结构和材料17-19
• 1.3 镀膜玻璃的制备方法19-23
• 1.3.1 凝胶浸渍镀膜19
• 1.3.2 真空镀膜19-20
• 1.3.3 热喷涂镀膜20
• 1.3.4 电浮法镀膜20-21
• 1.3.5 溅射镀膜21
• 1.3.6 电泳沉积镀膜21-22
• 1.3.7 化学气相沉积镀膜22-23
• 1.4 TiN及TiC的结构和性能23-27
• 1.4.1 TiN的结构23-24
• 1.4.2 TiN的电学和光学性能24-25
• 1.4.3 非化学计量TiN薄膜25-26
• 1.4.4 TiC的结构和性能26-27
• 1.5 TiN及Tic节能薄膜的研究现状27-28
• 1.5.1 TiN节能薄膜的研究现状27-28
• 1.5.2 TiC节能薄膜的研究现状28
• 1.6 课题的提出28-30
• 第二章 实验部分30-40
• 2.1 氮化钛薄膜的制备30-34
• 2.1.1 实验设备和原料30-33
• 2.1.2 氮化钛薄膜的制备步骤33-34
• 2.1.2.1 基片清洗33
• 2.1.2.2 气相沉积过程33-34
• 2.1.2.3 样品的相关沉积参数34
• 2.2 碳化钛薄膜的制备34-36
• 2.2.1 实验所用原料和设备34-35
• 2.2.2 碳化钛薄膜的制备步骤35-36
• 2.2.2.1 基片清洗35
• 2.2.2.2 薄膜的制备35-36
• 2.3 样品的测试与分析手段36-40
• 2.3.1 X射线衍射仪36-37
• 2.3.2 场发射扫描电镜37
• 2.3.3 X射线能量散射谱37
• 2.3.4 四探针电阻测试仪37
• 2.3.5 UV/Vis分光光度计37-40
• 第三章 非化学计量TiN节能镀膜玻璃的制备及其性能研究40-52
• 3.1 氨气流量对氮化钛薄膜的组分和结构的影响40-46
• 3.1.1 氨气流量对氮化钛薄膜的组分和结晶性能的影响41-43
• 3.1.2 氨气流量对氮化钛薄膜的微观形貌的影响43-46
• 3.2 氨气流量对氮化钛薄膜电学性能的影响46-47
• 3.3 氨气流量对氮化钛薄膜光学性能的影响47-49
• 3.4 本章小结49-52
• 第四章 V掺杂的非化学计量TiN节能镀膜玻璃的制备及其性能研究52-60
• 4.1 氨气流量对掺钒的氮化钛薄膜的组分和结构的影响52-55
• 4.1.1 氨气流量对掺钒的氮化钛薄膜的组分和结晶性能的影响52-54
• 4.1.2 氨气流量对掺钒的氮化钛薄膜微观结构的影响54-55
• 4.2 氨气流量对掺钒的氮化钛薄膜电学性能的影响55-56
• 4.3 氨气流量对掺钒的氮化钛薄膜光学性能的影响56-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 碳化钛薄膜的制备及其性能研究60-72
• 5.1 不同pH下碳化钛料浆的制备60-61
• 5.2 碳化钛薄膜的成膜性能研究61-64
• 5.2.1 不同配方下碳化钛薄膜的制备61-62
• 5.2.2 不同配方下碳化钛薄膜的形貌62-63
• 5.2.3 不同配方下碳化钛薄膜的光学性能63-64
• 5.3 不同热处理温度下碳化钛薄膜的制备和性能研究64-67
• 5.3.1 不同热处理温度下碳化钛薄膜的制备64-65
• 5.3.2 不同热处理温度下碳化钛薄膜的形貌65-66
• 5.3.3 不同热处理时间下碳化钛薄膜的光电性能66-67
• 5.4 不同PVP含量下和溶液滴加量下碳化钛薄膜的制备和性能研究67-69
• 5.4.1 不同PVP含量下和溶液滴加量下碳化钛薄膜的制备67-68
• 5.4.2 不同PVP含量下和溶液滴加量下碳化钛薄膜光电性质68-69
• 5.5 本章小结69-72
• 第六章 结论和展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 个人简历81-82
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果82

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