Si1-xAlxN/Ag/Ta低辐射薄膜制备及性能研究

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环境污染和能源危机为二十一世纪制约社会经济可持续发展的难题之一。随着城镇化建设进程的加速,建筑能耗将持续增长,具有节能降耗作用的低辐射玻璃成为研究热点之一。当前对该领域的研究着重于从膜层结构和材料组分等角度开发具有高可见光透过率、高红外线反射率、使用寿命长的低辐射薄膜。目前的关键科学问题主要包括:(1)设计并开发制备简单、成本低廉具有优异低辐射性能的新型低辐射薄膜材料;(2)探索并研究材料组成及膜层结构对低辐射薄膜性能的影响规律。本论文采用磁控溅射方法制备了Si1-xAlxN/Ag/Ta种子层单银低辐射薄膜。使用表面轮廓仪、双束聚焦扫面电子显微镜、紫外-可见分光光度计、X射线光电子能谱仪、四探针电阻仪、傅里叶转变红外光谱仪、电化学工作站等仪器设备对薄膜进行了检测分析。系统研究了薄膜结构、制备工艺参数对试验制备的低辐射膜系的可见光透过率、红外反射率、表面形貌及微观结构、各介质层材料的化学成分及化学态、耐腐蚀性能的影响。得到了以下有益结论:在研究中我们发现,使用1.2nm厚的Ta作为种子层,银膜的粗糙度下降明显(从1.95nm降低到1.24nm),降低了银形成连续薄膜过程中的最低厚度要求,表明这是一种有效改进银膜沉积过程中增加成核率的的方法。Ta作为种子层使得银薄膜连续致密,与直接沉积在玻璃基板上相比,增加种子层后银膜层阻由9.5□-1降低为5.2□-1。这归因于钽膜作为种子层沉积在玻璃基片上,诱导Ag/glass产生负的表面能,使银膜呈2-D模式生长。采用氮化物Si1-xAlxN作为低辐射薄膜的外介质层,有益于解决传统氧化物材料作为介质层,在制备过程中氧环境下功能层银膜的氧化问题。研究了Si1-xAlxN作为介质膜层的光学性能及物理化学性能。结果表明Si1-xAlxN具有较高的可见光透过率,550nm处的透过率可以达到90.2%,厚度为61nm的Si1-xAlxN介质膜具有增透作用,Si1-xAlxN介质膜调节膜系颜色呈中性,使得人眼具有舒适的视觉效果。运用电化学方法对介质膜层的耐腐蚀性能进行评价,在3.5%的Na2S2O3溶液中测试了介质膜层的极化曲线,半定量研究了介质膜层的耐腐蚀性能。结果表明介质层具有较好的耐腐蚀性能,使基底的腐蚀电流密度降低1~2个数量级。Si1-xAlxN/Ag/Ta低辐射膜系具有较高的可见光透过率(T>82%),高的红外反射率(RIR>94%,在波长为2.5~25μm的范围内),为性能优异的低辐射薄膜。与现有低辐射薄膜相比,可以说是高性价比低辐射薄膜。本研究将为今后低辐射薄膜的设计、制备及性能研究提供方法支撑和实用途径,为新型低辐射薄膜的设计开发提供新的战略思想和设计理念。
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