鈦化物節(jié)能薄膜的制備及其光電性能研究

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,能源危機(jī)日益加劇,節(jié)能逐漸受到全世界的關(guān)注。節(jié)能鍍膜玻璃是一種優(yōu)異高效的建筑材料。為解決目前多層節(jié)能鍍膜玻璃生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高等問題,本研究提出用導(dǎo)電性能良好的鈦化物作為節(jié)能材料,嘗試制備單層的節(jié)能鍍膜玻璃。本論文研究了玻璃基板上TiN和TiC單層節(jié)能薄膜的制備及其光學(xué)、電學(xué)性能。主要得到了以下結(jié)果。 首先,用適合與浮法生產(chǎn)線相結(jié)合的常壓化學(xué)氣相法,分別以TiCl4和NH3為原料,在普通玻璃基板上沉積了單層TiN薄膜。運(yùn)用XRD、SEM、EDX、UV-VIS四探針電阻測(cè)試儀、UV-VIS等表征手段研究了氨氣流量變化對(duì)薄膜的結(jié)晶形態(tài),表面和斷面形貌,表面成分,電學(xué)性能和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：在純TiN薄膜中,隨著氨氣流量的增加,TiNx薄膜中x值從0.691增加到1.381,薄膜的結(jié)晶強(qiáng)度和品格常數(shù)先增加后減小,薄膜的方塊電阻先減小后增加。當(dāng)氨氣流量為100sccm時(shí),TiNx薄膜中x值接近1,薄膜的方塊電阻達(dá)到12.6Ω/sq,在近紅外區(qū)的反射率達(dá)到60%,在中遠(yuǎn)紅外區(qū)的反射率達(dá)到87.87%,薄膜具備優(yōu)良的節(jié)能性能。但是,此時(shí)薄膜在可見光區(qū)的透光率低,為17%。 為了提高薄膜的可見光透過率,對(duì)TiN薄膜進(jìn)行了釩摻雜。對(duì)于釩摻雜的TiN薄膜,隨著氨氣流量的增加,薄膜中N/(Ti+V)從0.8795增加到1.2419,薄膜中V的含量基本維持在0.4%左右,薄膜的結(jié)晶強(qiáng)度先增加后減小,薄膜的方塊電阻先減小后增加,維持在10Ω/sq左右。當(dāng)氨氣流量為100sccm時(shí),薄膜的方塊電阻達(dá)到8.3Ω/sq。薄膜在可見光區(qū)的透光率明顯增加,達(dá)到33%,在近紅外區(qū)的反射率達(dá)到60%,在中遠(yuǎn)紅外區(qū)的反射率達(dá)到91.75%,薄膜具備優(yōu)良的節(jié)能性能。 另外,采用涂覆法,以TiC粉末為原料,PVP、PEG、PVA為添加劑,在普通玻璃基板上制備了單層TiC薄膜。探索了TiC薄膜的成膜條件。運(yùn)用SEM、四探針電阻測(cè)試儀、UV-VIS等表征手段研究了熱處理,PVP含量、溶液滴加量對(duì)薄膜的形貌,表面成分,電學(xué)性能和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：在pH為10時(shí),采用PVP與PEG作為添加劑時(shí),薄膜具有良好的光電性能。熱處理能提高含PVA與PEG添加劑的TiC薄膜的光電性能。經(jīng)過熱處理后,薄膜的方塊電阻降低到221Ω/sq,近紅外反射率升高到7%。在含有PVP與PEG添加劑的TiC薄膜中,隨著PVP含量的增加,薄膜的方塊電阻逐漸減小,薄膜的近紅外反射率先增加,后保持不變；同時(shí)隨著溶液滴加量的增加,薄膜的方塊電阻先增加后減小,薄膜的近紅外反射率逐漸減小。在PVP含量為5%下,溶液滴加量為4m1時(shí),薄膜的方塊電阻達(dá)到44.4Ω/sq,此時(shí)薄膜的近紅外反射率達(dá)到16%,薄膜具有良好的節(jié)能性能。 【關(guān)鍵詞】：TiN薄膜 常壓化學(xué)氣相沉積法 TiC薄膜 涂覆法 光電性能
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TN304.055
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 節(jié)能玻璃鍍膜材料的研究概述13-19
• 1.2.1 陽光控制鍍膜玻璃14-16
• 1.2.1.1 陽光控制玻璃的節(jié)能原理14-15
• 1.2.1.2 陽光控制膜的膜層結(jié)構(gòu)和材料15-16
• 1.2.2 低輻射鍍膜玻璃16-19
• 1.2.2.1 低輻射玻璃的節(jié)能原理16-17
• 1.2.2.2 低輻射膜的膜層結(jié)構(gòu)和材料17-19
• 1.3 鍍膜玻璃的制備方法19-23
• 1.3.1 凝膠浸漬鍍膜19
• 1.3.2 真空鍍膜19-20
• 1.3.3 熱噴涂鍍膜20
• 1.3.4 電浮法鍍膜20-21
• 1.3.5 濺射鍍膜21
• 1.3.6 電泳沉積鍍膜21-22
• 1.3.7 化學(xué)氣相沉積鍍膜22-23
• 1.4 TiN及TiC的結(jié)構(gòu)和性能23-27
• 1.4.1 TiN的結(jié)構(gòu)23-24
• 1.4.2 TiN的電學(xué)和光學(xué)性能24-25
• 1.4.3 非化學(xué)計(jì)量TiN薄膜25-26
• 1.4.4 TiC的結(jié)構(gòu)和性能26-27
• 1.5 TiN及Tic節(jié)能薄膜的研究現(xiàn)狀27-28
• 1.5.1 TiN節(jié)能薄膜的研究現(xiàn)狀27-28
• 1.5.2 TiC節(jié)能薄膜的研究現(xiàn)狀28
• 1.6 課題的提出28-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分30-40
• 2.1 氮化鈦薄膜的制備30-34
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和原料30-33
• 2.1.2 氮化鈦薄膜的制備步驟33-34
• 2.1.2.1 基片清洗33
• 2.1.2.2 氣相沉積過程33-34
• 2.1.2.3 樣品的相關(guān)沉積參數(shù)34
• 2.2 碳化鈦薄膜的制備34-36
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用原料和設(shè)備34-35
• 2.2.2 碳化鈦薄膜的制備步驟35-36
• 2.2.2.1 基片清洗35
• 2.2.2.2 薄膜的制備35-36
• 2.3 樣品的測(cè)試與分析手段36-40
• 2.3.1 X射線衍射儀36-37
• 2.3.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡37
• 2.3.3 X射線能量散射譜37
• 2.3.4 四探針電阻測(cè)試儀37
• 2.3.5 UV/Vis分光光度計(jì)37-40
• 第三章 非化學(xué)計(jì)量TiN節(jié)能鍍膜玻璃的制備及其性能研究40-52
• 3.1 氨氣流量對(duì)氮化鈦薄膜的組分和結(jié)構(gòu)的影響40-46
• 3.1.1 氨氣流量對(duì)氮化鈦薄膜的組分和結(jié)晶性能的影響41-43
• 3.1.2 氨氣流量對(duì)氮化鈦薄膜的微觀形貌的影響43-46
• 3.2 氨氣流量對(duì)氮化鈦薄膜電學(xué)性能的影響46-47
• 3.3 氨氣流量對(duì)氮化鈦薄膜光學(xué)性能的影響47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-52
• 第四章 V摻雜的非化學(xué)計(jì)量TiN節(jié)能鍍膜玻璃的制備及其性能研究52-60
• 4.1 氨氣流量對(duì)摻釩的氮化鈦薄膜的組分和結(jié)構(gòu)的影響52-55
• 4.1.1 氨氣流量對(duì)摻釩的氮化鈦薄膜的組分和結(jié)晶性能的影響52-54
• 4.1.2 氨氣流量對(duì)摻釩的氮化鈦薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響54-55
• 4.2 氨氣流量對(duì)摻釩的氮化鈦薄膜電學(xué)性能的影響55-56
• 4.3 氨氣流量對(duì)摻釩的氮化鈦薄膜光學(xué)性能的影響56-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 碳化鈦薄膜的制備及其性能研究60-72
• 5.1 不同pH下碳化鈦料漿的制備60-61
• 5.2 碳化鈦薄膜的成膜性能研究61-64
• 5.2.1 不同配方下碳化鈦薄膜的制備61-62
• 5.2.2 不同配方下碳化鈦薄膜的形貌62-63
• 5.2.3 不同配方下碳化鈦薄膜的光學(xué)性能63-64
• 5.3 不同熱處理溫度下碳化鈦薄膜的制備和性能研究64-67
• 5.3.1 不同熱處理溫度下碳化鈦薄膜的制備64-65
• 5.3.2 不同熱處理溫度下碳化鈦薄膜的形貌65-66
• 5.3.3 不同熱處理時(shí)間下碳化鈦薄膜的光電性能66-67
• 5.4 不同PVP含量下和溶液滴加量下碳化鈦薄膜的制備和性能研究67-69
• 5.4.1 不同PVP含量下和溶液滴加量下碳化鈦薄膜的制備67-68
• 5.4.2 不同PVP含量下和溶液滴加量下碳化鈦薄膜光電性質(zhì)68-69
• 5.5 本章小結(jié)69-72
• 第六章 結(jié)論和展望72-74
• 6.1 結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-81
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷81-82
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果82

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