兼具自清潔性能的新型節(jié)能薄膜TiN_xO_y的制備和性能研究

【摘要】： 目前，能源短缺的問題已經(jīng)越來越凸顯出來，如何減少建筑能耗也成為人們普遍關(guān)注的問題，節(jié)能型鍍膜玻璃就是一種可以節(jié)省現(xiàn)有能源的建筑材料。同時，環(huán)境的惡化使得人們關(guān)注建筑玻璃的環(huán)保性能。本文在對TiN薄膜的節(jié)能機理和TiO2的自清潔機理作了全面綜述的基礎(chǔ)上，提出通過對TiN鍍膜玻璃進行熱處理使其兼具節(jié)能和環(huán)保性能的設(shè)想。 首先以TiCl_4和NH_3為原料，以N_2為載氣和保護氣體，采用常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)在玻璃基板表面制備得到TiN薄膜。將制備得到的TiN薄膜在空氣氣氛中熱處理，改變熱處理的溫度和時間，制備得到TiO_xN_y薄膜。運用XRD、FESEM、EDX、電阻測試儀、紫外—可見分光光度計等表征手段研究了熱處理溫度和時間對TiN_xO_y薄膜的結(jié)晶性能、表面形貌、表面成分、導(dǎo)電能力、光學(xué)性能和自清潔性能的影響。 研究結(jié)果表明，隨著熱處理溫度的升高，TiN薄膜的氧化程度逐漸增大，熱處理后生成的薄膜中N的含量逐漸減少，O的含量逐漸升高。O摻入到TiN的晶格結(jié)構(gòu)中，生成晶格常數(shù)較小的TiO_xN_y面心立方結(jié)構(gòu)。薄膜的表面形貌由狹長片狀向針狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，電阻率逐漸升高，在紫外—可見光區(qū)的吸收邊逐漸藍(lán)移。當(dāng)熱處理溫度上升到600℃時，TiN薄膜被完全氧化為TiO_2薄膜。同時，隨著薄膜中氧含量的升高，薄膜對甲基橙溶液的降解率也逐漸增大，熱處理后的薄膜表面呈現(xiàn)出超親水性，說明熱處理后的薄膜具有自清潔性能。熱處理時間對氧化后薄膜的性能有著和熱處理溫度類似的影響，熱處理時間的延長也會使得TiN薄膜的氧化程度的加深，進而影響熱處理后薄膜的性能。 本文還探討了熱處理后生成的TiN_xO_y薄膜在高效節(jié)能鍍膜玻璃領(lǐng)域的應(yīng)用前景。研究結(jié)果表明，在合適的工藝條件下，熱處理后的薄膜，在近紅外和中遠(yuǎn)紅外光區(qū)都有一定的反射率，在可見光區(qū)有一定的透過率，可以作為高效節(jié)能鍍膜玻璃應(yīng)用。而且此時薄膜在紫外光照射下對甲基橙溶液有一定的降解速率，同時表面呈現(xiàn)出超親水性，說明此時薄膜兼具了自清潔和高效節(jié)能兩種性能。本文得到的最佳樣品的制備工藝條件為：TiN薄膜的表面熱處理溫度為400℃，熱處理時間為60min。此時的薄膜在近紅外光區(qū)的反射率可以達(dá)到60％，在中遠(yuǎn)紅外光區(qū)的反射率可以達(dá)到68％，在可見光區(qū)的透過率可以達(dá)到30％，可以用作高效節(jié)能薄膜。在此條件下制備得到的樣品表面呈現(xiàn)超親水性，經(jīng)過180min的紫外光照射，薄膜對甲基橙溶液的降解率可以達(dá)到57％，說明薄膜表面具有自清潔能力。達(dá)到了預(yù)期的集成高效節(jié)能和自清潔性能于一體的目的。 【關(guān)鍵詞】：節(jié)能 自清潔 TiN_xO_y 熱處理
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文獻綜述9-25
• 1.1 緒論9-10
• 1.2 節(jié)能薄膜玻璃的理論基礎(chǔ)和研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 低輻射薄膜的節(jié)能原理和研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 陽光控制薄膜的節(jié)能原理和研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 節(jié)能型薄膜玻璃的制備方法13-16
• 1.3.1 噴涂鍍膜法(Spray Coating)13-14
• 1.3.2 濺射法(Sputtering)14-15
• 1.3.3 真空蒸鍍法(Vacuum Evaporation)15
• 1.3.4 電浮法鍍膜(Electro Float)15
• 1.3.5 溶膠—凝膠法(Sol-Gel)15-16
• 1.3.6 化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)16
• 1.4 高效節(jié)能用TiN薄膜的節(jié)能原理和制備方法16-19
• 1.4.1 高效節(jié)能用TiN薄膜的節(jié)能原理17-18
• 1.4.2 高效節(jié)能用TiN薄膜的制備方法18-19
• 1.5 自清潔薄膜的理論基礎(chǔ)19-22
• 1.6 TiO_2薄膜的制備方法22-24
• 1.6.1 物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition,PVD)22
• 1.6.2 溶膠—凝膠法(Sol-Gel)22-23
• 1.6.3 通過TiN的熱處理制備TiO_2薄膜23-24
• 1.7 課題的提出24-25
• 第二章 樣品制備及表征25-29
• 2.1 樣品的制備25-27
• 2.1.1 TiN樣品的制備25-27
• 2.1.2 TiN薄膜的表面熱處理27
• 2.2 樣品的測試和表征27-29
• 2.2.1 X射線衍射儀(XRD)27
• 2.2.2 場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)27
• 2.2.3 X射線色散能譜儀(EDX)27
• 2.2.4 四探針電阻測試儀27-28
• 2.2.5 紫外—可見分光光度計(UV/Vis Spectrometer)28-29
• 第三章 熱處理溫度對TiN薄膜表面氧化的影響29-45
• 3.1 表面熱處理溫度對熱處理后薄膜表面成分的影響29-32
• 3.2 表面熱處理溫度對熱處理后薄膜結(jié)晶性能的影響32-34
• 3.3 表面熱處理溫度對熱處理后薄膜表面形貌的影響34-36
• 3.4 表面熱處理溫度對氧化后薄膜導(dǎo)電性能的影響36-38
• 3.5 表面熱處理溫度對氧化后薄膜光學(xué)性能的影響38-42
• 3.6 熱處理溫度對熱處理后薄膜光催化性能及表面親水性的影響42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-45
• 第四章 熱處理時間對TiN薄膜表面氧化的影響45-61
• 4.1 熱處理時間對熱處理后薄膜表面成分的影響45-48
• 4.2 表面熱處理時間對熱處理后薄膜結(jié)晶性能的影響48-50
• 4.3 熱處理時間對熱處理后薄膜表面形貌的影響50-52
• 4.4 熱處理時間對氧化后薄膜導(dǎo)電性能的影響52-54
• 4.5 熱處理時間對氧化后薄膜光學(xué)性能的影響54-58
• 4.6 熱處理時間對氧化后薄膜光催化性能和表面親水性的影響58-59
• 4.7 本章小節(jié)59-61
• 第五章 結(jié)論和展望61-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67-68
• 致謝68

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