玻璃基溶胶-凝胶法沉积紫外截止与防静电双功能薄膜

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本论文用溶胶—凝胶方法制备出了玻璃基截止紫外线和防静电双功能膜。首先在玻璃基片上沉积了CeO2-TiO2薄膜、Sb掺杂SnO2:Sb(ATO)薄膜,研究了不同Ce/Ti摩尔比、陈化时间、热处理温度和膜层厚度对截止紫外线性能的影响;以及不同Sb掺杂量、热处理温度和不同厚度的SnO2:Sb薄膜对光学性能和电学性能的影响。然后在此基础上,用溶胶—凝胶的方法在玻璃基片上沉积了CeO2-TiO2/SiO2薄膜、以及CeO2-TiO2/ATO截止紫外线和导电双功能膜,研究了薄膜的结构和性能。得到的结论如下: (1) CeO2-TiO2紫外截止膜可以通过溶胶—凝胶法制得。复合溶胶的紫外截止能力强于纯的CeO2溶胶、或纯的TiO2溶胶。溶胶的颜色呈现由黄色→红棕色→橙黄色→乳白色的变化,这与其中Ti3+的浓度有关系。当Ce/Ti<5/5(摩尔比)时,随着Ce元素比例的增加,溶胶和薄膜的紫外截止能力增强:Ce/Ti=5/5、4/6(摩尔比)时,溶胶颜色最深,截止紫外线能力最强;Ce/Ti>5/5(摩尔比)时,膜面雾化,膜层截止紫外线能力下降;当CeO2-TiO2膜厚达到390nm左右时,紫外线就能够100%被截止,同时膜存在临界厚度(≤574nm),即大于此厚度截止边波长基本不发生变化,到达可见光区; (2)通过XRD分析,薄膜中的CeO2晶体会使膜面呈雾状,透明度降低;膜层内的Ce、Ti固溶体或当晶体微小和呈非晶态时,膜面质量良好,且可见光透过率保持在70~80%。薄膜内晶体随着热处理温度的升高变得完善,并且随着溶胶陈化时间的增加,薄膜的吸收边和截止边出现红移现象;纯CeO2,或纯TiO2溶胶,以及二者不同摩尔比例复合溶胶的光学带隙均小于块体材料,通过计算得到EgCeO2> EgTiO2>EgCeO2-TiO2; (3) Sb掺杂量为5mol%时,沉积8层SnO2:Sb薄膜,在500℃下保温30min时,薄膜具有好的导电性(Rs=160Ω/□),镀膜玻璃的可见光透过率达到70%; (4)沉积CeO2-TiO2/SnO2:Sb双层膜时,在预制紫外截止膜的基片上沉积不同厚度SnO2:Sb薄膜,能够得到兼具截止紫外线和导电性的双功能薄膜,紫外线截止率达98%,方块电阻320Ω/□;能通过导电采取泄漏法来消除/防止玻璃静电。CeO2-TiO2/SnO2:Sb双功能膜中有SnO2晶体和CeO2晶体,且随着膜层的厚度的增大和热处理时间的延长,CeO2的结晶发育完全。SnO2薄膜的物相结构为四方相金红石结构; (5) Glass/CeO2-TiO2/SiO2薄膜样品较CeO2-TiO2样品的可见光透过率均有所提高,SiO2薄膜不影响CeO2-TiO2薄膜截止紫外线的能力。
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