CN101255019B - 一种彩色自洁净镀膜玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种彩色的自洁净镀膜玻璃，包括玻璃衬底(1)、二氧化钛薄膜(2)与贵金属纳米粒子(3)。二氧化钛薄膜沉积在玻璃衬底的表面，贵金属纳米粒子均匀或非均匀地掺杂在二氧化钛膜层之中或界面处。所述贵金属纳米粒子主要是金、银、铜等。它们掺入二氧化钛中之后，可使薄膜呈现出不同的颜色，使玻璃产生良好的视觉效果。这不但可使建筑物外表更加美观，还有助于改善室内采光效果，同时可进一步提高氧化钛自洁净镀膜玻璃的商业价值。
Description
技术领域
本发明属于玻璃材料技术领域，具体地是涉及一种彩色自洁净镀膜玻璃。
技术背景
在众多的光催化材料中，二氧化钛不但活性高，化学稳定性好，而且材料成本低，环境友好，因而受到人们的高度重视，是目前应用最广泛的纳米光催化材料，也是最具有开发前途的绿色环保型催化剂。
在普通玻璃表面涂覆一层纳米二氧化钛薄膜，玻璃表面就具有了自清洁功能。玻璃的自清洁功能，指在紫外线或可见光的激发下，玻璃具有超亲水性。玻璃经水冲淋后，在玻璃表面不会凝结水珠(或者说水珠与玻璃表面的接触角很小)。另外，这种自洁净玻璃还可能产生杀灭细菌等功能。这对于建筑物窗玻璃而言，这种自洁净功能所产生的经济和社会效益十分明显：不但可节省大笔清洁费用，还可避免清洁剂对环境造成的污染。超亲水可防止玻璃表面光散射水雾的形成，使得窗玻璃始终维持较高的透明度。
自洁净镀膜玻璃在通常情况下是不带颜色的。
发明内容
本发明的目的就是提供一种彩色的自洁净镀膜玻璃。
为实现以上目的，本发明采取了以下技术方案。
本发明包括玻璃衬底、二氧化钛薄膜和贵金属纳米粒子。在玻璃衬底的表面镀有二氧化钛薄膜，贵金属纳米粒子掺入到二氧化钛薄膜之中或沉积于二氧化钛薄膜的界面上。
所述贵金属纳米粒子以金属单质的形式存在，形状以球形为主，直径在10nm～160nm之间。
所述二氧化钛薄膜可以是非掺杂的二氧化钛薄膜，也可以是掺杂有其它金属元素或非金属元素的二氧化钛薄膜。
所述贵金属纳米粒子选自金、银、铜金属纳米粒子中的一种或多种的合金，优选为银纳米粒子。研究表明，这些贵金属纳米粒子由于表面等离子体共振效应，在可见光下的激发下，可呈现出各种颜色。颜色与金属纳米粒子的大小和金属纳米粒子在电介质母体中的担载量(或填充因子)等因素有密切关系。调整这些参量，可实现玻璃颜色的改变。
所述贵金属纳米粒子可以均匀地掺杂在二氧化钛薄膜之中，也可以非均匀地掺杂在二氧化钛薄膜之中，还可沉积于二氧化钛薄膜的上、下界面处，或以层状的形式分布于二氧化钛薄膜之中。
制备工艺上可采用物理沉积方法或化学沉积方法，采用现有技术。
本发明可使二氧化钛薄膜呈现出不同的颜色，使玻璃产生良好的视觉效果。这不但可使建筑物外表更加美观，还有助于改善室内采光效果，同时可进一步提高氧化钛自洁净镀膜玻璃的商业价值。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是制备样品的透射电镜图，制备方式见实施例1。
附图标记说明：玻璃衬底1，二氧化钛薄膜2，贵金属纳米粒子3。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于以下实施例，凡是属于本发明内容等同的技术方案，均属于本专利的保护范围。
实施例1
制备系统：采用磁控溅射制备工艺。该磁控溅射系统包含一个过渡室和一个主溅射室(直径45cm)。主溅射室与一个分子扩散泵连接，极限真空度为2.0×10-6Pa。溅射室有三个靶位可供安装三个直径为2英寸的不同靶材。每个靶位以30°角度向上倾斜，可以共聚焦方式向上共溅射或三靶独立的方式向上溅射。样品载台可升温至600℃以上并可在溅射过程中保持连续转动。
衬底处理：实验中，衬底采用浮法玻璃片。衬底先后在无水酒精与丙酮中超声清洗5分钟，晾干后，固定在样品载台上后放入过渡真空室抽真空。10分钟后，通过磁力传递杆传入至溅射真空室。开启衬底加热系统，将浮法玻璃片加热至400℃并保持恒定。
制备条件：TiO2膜的制备采用TiO2陶瓷靶(纯度99.5％)，射频溅射，射频功率设定为160W。金属纳米粒子的制备采用金属Ag靶，射频溅射，射频功率设定为10W。溅射气体为Ar气，流速30sccm。
制备方式：采用TiO2靶与Au靶共溅射的方式，即TiO2与Ag同时溅射。
透射电镜测试结果表明：Ag纳米粒子以球形为主，直径主要分布在10至30纳米之间，且均匀地分布在TiO2膜层之中(见图2)，Ag纳米粒子在TiO2膜层中的担载量约为18％。玻璃经日光照射后，用水冲淋玻璃的膜面，膜面几乎未出现水珠，说明玻璃具有了亲水性，也即玻璃具有了光催化自洁净功能。
由此制备的镀膜玻璃颜色呈现淡绿色。
实施例2
制备系统、衬底处理、制备方式同实施例1。
制备条件：TiO2的制备条件完全同实施例1，Ag的溅射功率提高到12W，以增加Ag纳米粒子在膜层中的担载量(约为22％)。
由此制备的镀膜玻璃颜色呈现浅紫色。玻璃经日光照射后，膜面亲水性良好。
实施例3
制备系统、衬底处理、制备方式同实施例1。
制备条件：TiO2的制备条件完全同实施例1，Ag的溅射功率提高到18W，进一步增加Ag纳米粒子在膜层中的担载量(约为43％)。Ag纳米粒子的直径主要分布在70至160纳米之间，且均匀地分布在TiO2膜层之中
由此制备的镀膜玻璃颜色呈现紫红色。玻璃经日光照射后，膜面亲水性良好。
实施例4
制备系统与衬底处理同实施例2。
制备条件：TiO2的制备条件完全同实施例1。金属纳米粒子的制备采用金属Au靶，射频溅射，射频功率设定为30W。溅射气体为Ar气，流速30sccm。
制备方式：交错打开与关闭TiO2靶与Au靶前的挡板，进行TiO2与Au交错沉积。具体操作如下：先关闭TiO2靶的挡板，进行Au纳米粒子沉积，溅射90秒钟；之后，关闭Au靶的挡板，打开TiO2靶的挡板，进行TiO2沉积，溅射60分钟；然后关闭TiO2靶的挡板，打开Au靶的挡板，溅射90秒钟；如此进行2次循环，形成的膜层结构是：TiO2层/Au粒子/TiO2层/Au粒子/玻璃衬底。此时，一层Au纳米粒子分布在TiO2的下界面处(与玻璃接触)，另一层分布在TiO2膜层的中间。
由此制备的镀膜玻璃颜色呈现天蓝色。玻璃经日光照射后，膜面亲水性良好。
实施例5
制备系统与衬底处理同实施例2。
制备条件：TiO2的制备条件完全同实施例1，溅射功率设定160W，并保持不变。金属纳米粒子的制备采用金属Cu靶，射频溅射。溅射气体为Ar气，流速30sccm。
制备方式：采用TiO2靶与Cu靶共溅射的方式，即TiO2与Cu同时溅射，但制备过程分两个阶段进行。第一阶段，Cu靶溅射功率设定为10W，与TiO2共同溅射40分钟；第二阶段，Cu靶溅射功率设定为20W，再与TiO2共同溅射40分钟。通过这种制备方式，Cu纳米粒子非均匀地掺杂在TiO2膜层之中。
由此制备的镀膜玻璃颜色呈现深红色。玻璃经日光照射后，膜面亲水性良好。
Claims (5)
1.一种彩色自洁净镀膜玻璃，包括玻璃衬底(1)、二氧化钛薄膜(2)与贵金属纳米粒子(3)，在玻璃衬底(1)的表面镀有二氧化钛薄膜(2)与贵金属纳米粒子(3)，其特征在于：二氧化钛薄膜(2)与贵金属纳米粒子(3)采用磁控溅射的方法制备，贵金属纳米粒子(3)以金属单质的形式存在，形状以球形为主，直径在10nm～160nm之间，位于二氧化钛薄膜(2)之中。
2.根据权利要求1中所述的一种彩色自洁净镀膜玻璃，其特征在于：所述贵金属纳米粒子(3)均匀地掺杂在二氧化钛薄膜(2)之中。
3.根据权利要求1中所述的一种彩色自洁净镀膜玻璃，其特征在于：贵金属纳米粒子(3)非均匀地掺杂在二氧化钛薄膜(2)之中。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种彩色自洁净镀膜玻璃，其特征在于：所述贵金属纳米粒子(3)选自金、银、铜金属纳米粒子中的一种或多种的合金。
5.根据权利要求4所述的一种彩色自洁净镀膜玻璃，其特征在于：所述贵金属纳米粒子为银纳米粒子。
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| 魏建红等."光催化自洁净玻璃的研制"，.《硅酸盐学报》.2001,第29卷(第1期), |
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