智能窗用Ga:ZnO/V2O5纳米复合薄膜的制备及其性能研究

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智能窗作为一种新型的建筑节能玻璃;可以通过对其施加不同的偏置电压有效地控制室内的光线及温度。此外,由于在整个调控过程中颜色的变化,能在很大程度上减弱现代建筑中大面积玻璃幕墙所带来的光污染。然而,目前用在智能窗口的材料,一般都是单一地调控可见光或者近红外光的吸收与反射,尚无法同时调控室内的温度及光线。考虑到镓掺杂氧化锌(GZO)纳米晶体具有可控的红外截止波长,以及五氧化二钒(V2O5)具有电致变色性能,本论文拟将两者结合,制备GZO/V2O5纳米金属氧化物复合材料,以实现同时调控可见光与近红外光波长透过率。采用高温液相法制备GZO纳米晶体。通过傅里叶红外光谱(FTIR)对高温液相法制备的GZO纳米晶体分散液进行研究,并采用旋涂法制备GZO薄膜,全面分析后续处理(紫外曝光及退火气氛)对薄膜质量的影响。采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)探讨不同Ga掺杂浓度,退火温度及薄膜厚度对GZO薄膜的结构与形貌的影响,并采用紫外可见分光光度计和霍尔效应测试仪(HALL)对其光电性能进行研究。试验结果表明:有羧基包覆在GZO纳米晶体的表面,紫外曝光30 min能减少薄膜表面的有机物,在还原性气氛下退火能有效提高载流子浓度;且当Ga的掺杂浓度为3.08%时,厚度为1050 nm左右的GZO薄膜在500℃退火后具有最佳电学性能,同时可见光透过率达80%。此外,混合草酸与偏钒酸铵以制备钒酸盐;并对GZO纳米晶体进行表面化学处理;然后将钒酸盐与表面化学处理后的GZO纳米晶体合成,以制备GZO/V2O5复合薄膜。采用紫外可见分光光度计及TGA探讨不同配比的草酸与偏钒酸铵对钒酸盐中V元素价态的影响;系统分析了表面化学处理对GZO纳米晶体的影响,同时采用用XRD及拉曼光谱分析GZO/V2O5复合材料,并通过紫外可见近红外分光光度计其光学性能进行了分析。试验结果表明:当配比为1:1时能形成络合物(NH43VO2(C2O4)2.2H2O;表面化学处理能有效去除GZO表面的油酸配体,且其电学性能也有所提高;GZO/V2O5复合材料的V2O5以非晶状态的形式存在,而且随GZO体积分数的增加,其在140 cm-1,992 cm-1等位置峰的强度明显减弱,在280cm-1,524 cm-1峰的位置出现宽化。同时复合材料初始态的可见光透过率达75%,在智能窗领域具有较好的应用前景。
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