CN102603206A - 一种多层氧化锡掺氟镀膜玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃由玻璃基板和多层氧化锡掺氟薄膜组成，每层氧化锡掺氟薄膜为微纳结构氧化锡颗粒组成的多晶氧化锡掺氟薄膜，有机气源中Sn:F的质量比为2:1-3:1。其制备方法采用将单丁基三氯化锡、三氟乙酸和催化剂H₂O的混合反应气，通入数个依次排列在玻璃基板上方的镀膜反应器中输送到匀速移动的玻璃基板上，通过控制镀膜气体流量、玻璃移动速度和镀膜反应器与玻璃基板的距离，使玻璃在通过一个反应器时，气体在表面瞬时扩散形成均匀、致密的单层薄膜，通过控制镀膜反应器数量，自然形成多层组份均匀的氧化锡掺氟薄膜。该多层氧化锡掺氟镀膜玻璃透光性好，对中远红外有较高的反射率，适合浮法在线大面积生产。

Description

一种多层氧化锡掺氟镀膜玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及镀膜玻璃，尤其是多层氧化锡掺氟镀膜玻璃及其制备方法。

背景技术

玻璃是一类重要的不可替代的建筑采光（或透光）材料。目前，普通的建筑玻璃为钠钙硅硅酸盐玻璃，具有较好的透光性和一定的强度。在普通建筑玻璃的基础上，通过对玻璃材料进行表面和结构改性处理，调控其光、热、电等性能，获得具有节能、自洁、光电等功能的玻璃，以满足建筑节能采光玻璃、太阳能电池基板玻璃等要求，将是玻璃行业发展的主流趋势。目前，玻璃改性与节能技术主要体现在以下四个方面：浮法玻璃在线镀膜化学气相沉积技术、磁控溅射玻璃表面镀膜技术、溶胶-凝胶改性技术和有机/无机复合结构调控技术。表面镀膜技术是玻璃改性的核心技术之一，主要有CVD、PVD、磁控溅射、浸渍提拉、旋转涂膜等技术。其中，将常压CVD、MOCVD技术和浮法玻璃生产工艺有机结合形成浮法玻璃表面在线镀膜新技术，具有较好的发展前景。与磁控溅射、真空热蒸发、化学浸渍等离线镀膜方式相比，其生产效率高、能耗低、生产成本低廉、产品可进行二次热加工和经久耐用等显著优点，因而引起世界各国的广泛研究并已取得了重要成果，一些在线镀膜技术已经达到了产业化水平。自八十年代初英国皮尔金顿公司首创浮法玻璃在线镀膜技术后，美国福特公司、比利时格拉维伯尔等公司也相继提出了许多有关专利并实现了产业化，利用在线镀膜技术制备低辐射等相关节能镀膜玻璃。

二氧化锡(SnO₂)为n型半导体，属于四方晶系的金红石型(rutile)结构，在SnO₂中掺入F、Sb或P等离子施主掺杂，能大幅度提高SnO₂膜的电导率。其中掺F的SnO₂膜以其良好的透光性、耐腐蚀性和耐久性成为比较理想的低辐射膜材料。近年来，对于氧化锡掺杂的研究越来越受到人们的重视，由于其较好的光电性能，多被使用在低辐射镀膜玻璃、太阳能电池的透明导电膜、气敏材料等等。随着对low-e玻璃节能性能要求的日益提高，如何快速制备出可见光高透过率、红外高反射率的氧化锡镀膜玻璃对于氧化锡薄膜光电性能的研究及工业化生产都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高可见光透过率和中远红外反射率的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃及其制备方法。

本发明的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃由玻璃基板和多层氧化锡掺氟薄膜组成，每层氧化锡掺氟薄膜为微纳结构氧化锡颗粒组成的多晶氧化锡掺氟薄膜，有机气源中Sn:F的质量比为2:1-3:1，每层薄膜厚度在10～50nm之间，多层氧化锡掺氟薄膜总厚度在250nm～500nm之间。

上述的微纳结构氧化锡颗粒是由5～10nm的氧化锡晶粒团聚成粒径为100-200nm的颗粒。

多层氧化锡掺氟镀膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1）先驱体有机锡源单丁基三氯化锡和有机氟源三氟乙酸用氮气作载气，控制有机气源中Sn:F质量比例为2:1-3:1，催化剂H₂O用空气做载气，分别在三个鼓泡器中气化后，通入混气室，得到混合反应气。

２）将上述混合反应气通入数个依次排列在玻璃基板上方的镀膜反应器中输送到匀速移动的玻璃基板上，混合反应气体总量4L/min-5L/min，玻璃基板温度为580～620℃，镀膜反应器个数与多层薄膜的层数相等，生成多层氧化锡掺氟多晶薄膜。

通常，玻璃移动速度为360～545米/小时，镀膜反应器喷气口与移动玻璃表面的距离为2～5毫米。

本发明直接在浮法玻璃生产线上，在玻璃基板上沉积多层薄膜。在沉积过程中，利用依次排列在玻璃基板上方的镀膜反应器，将混合反应气依次输送到匀速移动的高温（580～620℃）玻璃表面，特别通过控制镀膜气体流量、玻璃移动速度和镀膜反应器与玻璃基板的距离，使玻璃在通过一个反应器时，气体在表面瞬时扩散形成均匀、致密的单层薄膜。通过控制镀膜反应器数量，自然形成多层组份均匀的氧化锡掺氟薄膜，底层氧化锡颗粒起到籽晶作用，使上层薄膜颗粒趋于取向生长，多层薄膜厚度可调，呈柱状晶生长趋势，致密、均匀、稳定。

本发明的有益效果在于：

本发明的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃具有良好的低辐射性能：在通过足够的可见光满足取光需要的同时，对人体和物体辐射的中远红外光具有较高的反射率以减小室内物体对外辐射。相比于单层氧化锡掺氟薄膜，其在可见光波段具有更好的透光性（大于80%），对中远红外光具有更高的反射性（大于80%），方块电阻为５-20Ω/□。

本发明制备方法以及使用设备简单，对环境无污染，成本低廉，效率高，耗能低，适合浮法在线生产大面积透明导电膜。这种沉积在玻璃基板上的多层氧化锡薄膜在低辐射建筑节能玻璃以及薄膜太阳能电池方面有着十分诱人的前景。

附图说明

图1是实例1获得的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃的SEM断面照片。

图2是实例1获得的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃的SEM表面形貌照片

图3是实例1获得的多层氧化锡掺氟薄膜的TEM照片。

图4是实例2获得的多层氧化锡掺氟薄膜的TEM照片。

图5是实例3获得的多层氧化锡掺氟薄膜的TEM照片。

具体实施方式

下面根据实施详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例１

1）先驱体有机锡源单丁基三氯化锡（MBTC）和有机氟源三氟乙酸(TFA)用氮气作载气，分别在鼓泡器中于160℃和20℃气化，催化剂H₂O用空气做载气，在鼓泡器中于40℃气化，控制有机气源中Sn:F质量比为2.5：1，通入混气室，得到混合反应气。

２）将上述混合反应气通入７个依次排列在玻璃基板上方的镀膜反应器中输送到匀速移动的玻璃基板上，每个镀膜反应器中混合反应气体总量4.644L/min，玻璃基板温度为600℃，镀膜反应器喷气口与运动玻璃表面距离为2mm，玻璃运动速度为360米/小时，沉积时间9s，在玻璃基板上形成多层氧化锡掺氟薄膜。

制备得到的多层氧化锡掺氟薄膜方块电阻为13.4Ω/□，可见光透过率大于82.8%，在中远红外区的反射率可达83.2%，薄膜断面的微结构如图1 SEM照片所示，表明多层薄膜呈柱状晶生长。图3 TEM照片，表明薄膜是由多层氧化锡掺氟薄膜组成，且每层膜中的氧化锡颗粒是由5-10nm晶粒团聚而成，结合图2 SEM表面形貌照片，可见纳米级晶粒团聚成微米级的大颗粒，薄膜为一种微纳结构。

本发明直接在浮法玻璃生产线上，在玻璃基板上沉积多层薄膜。每一层薄膜的氧化锡晶粒尺寸为5～10nm，在沉积过程中，反应气体依次通过高温玻璃表面，自然形成多层组份均匀的氧化锡掺氟薄膜，底层氧化锡颗粒起到籽晶作用，使上层薄膜颗粒趋于取向生长，多层薄膜的晶粒团聚成100nm-200nm大颗粒，呈柱状晶生长趋势，形成致密、均匀、稳定的薄膜，多层薄膜总厚度为350nm。

 

实施例2

步骤同实例1，区别在于将镀膜反应器喷气口与移动玻璃表面距离为5mm，玻璃移动速度为480米/小时。

制备得到的多层氧化锡掺氟薄膜方块电阻为16.7Ω/□，可见光透过率大于84.6%，在中远红外区的反射率大于80.5%，薄膜的结构如图4 TEM照片所示，表明薄膜是由多层氧化锡掺氟薄膜组成。

实施例3

步骤同实施例1，区别在于将有机气源中Sn:F比例调整为3:1。

制备得到的多层氧化锡掺氟薄膜方块电阻为14.3Ω/□，可见光透过率大于80.2%，在中远红外区的反射率大于81.2%，薄膜的结构如图5 TEM照片所示，表明薄膜是由多层氧化锡掺氟薄膜组成。

Claims (4)

1.一种多层氧化锡掺氟镀膜玻璃，其特征在于它由玻璃基板和多层氧化锡掺氟薄膜组成，每层氧化锡掺氟薄膜为微纳结构氧化锡颗粒组成的多晶氧化锡掺氟薄膜，Sn:F的质量比为2:1-3:1，每层薄膜厚度在10～50nm之间，多层氧化锡掺氟薄膜总厚度在250nm～500nm之间。

2.根据权利要求1所述的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃，其特征在于微纳结构氧化锡颗粒是由5～10nm的氧化锡晶粒团聚成粒径为100-200nm的颗粒。

3.制备权利要求1所述多层氧化锡掺氟镀膜玻璃的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）先驱体有机锡源单丁基三氯化锡和有机氟源三氟乙酸用氮气作载气，控制有机气源中Sn:F质量比例为2:1－3:１，催化剂H₂O用空气做载气，分别在三个鼓泡器中气化后，通入混气室，得到混合反应气；

2）将上述混合反应气通入数个依次排列在玻璃基板上方的镀膜反应器中输送到匀速移动的玻璃基板上，混合反应气体总量4L/min-5L/min，玻璃基板温度为580～620℃，镀膜反应器的个数与多层薄膜的层数相等，生成多层氧化锡掺氟多晶薄膜。

4.根据权利要求3所述的多层氧化锡掺氟镀膜玻璃的制备方法，其特征在于玻璃移动速度为360～545米/小时，镀膜反应器喷气口与移动玻璃表面的距离为2～5毫米。

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