CN109136841B - 氟碳/钯/镁-五氧化二铌气致调光薄膜及其制备方法 - Google Patents

氟碳/钯/镁-五氧化二铌气致调光薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氟碳/钯/镁‑五氧化二铌的气致调光薄膜及其制备方法，所述薄膜包括依次设置在基底上的镁‑五氧化二铌复合膜层，钯催化层和氟碳疏水层。其制备方法为先在基底上生长镁‑五氧化二铌复合膜层，再于此膜层上原位生长钯催化层，最后在膜层外围沉积氟碳疏水层。本发明利用钯的催化效应，在吸氢和脱氢阶段，促进氢气与氢原子之间的可逆转换，添加五氧化二铌以加速氢原子在镁基体中的扩散，加快镁氢化物的形成与分解，以使薄膜可在反射态和透明态之间反复切换。氟碳膜可有效抵御外界环境对内层薄膜的腐蚀。整个反应过程在室温下即可实现。该调光薄膜耐候性好，响应、恢复时间短，工艺简单，在智能玻璃领域具有重要的应用前景。

Description

氟碳/钯/镁-五氧化二铌气致调光薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于调光薄膜技术领域，具体涉及一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌气致调光薄膜及其制备方法。
背景技术
应用在智能窗户上的调光玻璃可通过调节经过窗户的太阳辐射，从而达到降低空调能耗的效果。调光玻璃根据反应原理可分为电致和气致，电致调光玻璃虽然具有响应速度快，易操作等优点，但也存在调光区间狭窄、结构复杂，成本高、耐候性差等缺陷。气致调光玻璃是近年来随着氢能源的开发而崛起的新生体系，其通过吸氢和脱氢在相应的透明态和反射态之间可逆切换以实现光学性质的改变，由于气致调光玻璃的膜层结构更简单，且基底为石英玻璃等材料，因此调光区间相对电致调光玻璃更加宽广，成本更低。迄今为止，最具代表性的气致调光玻璃结构是钯/镁基合金/石英玻璃，钯对气体的吸附性好，可作为催化层，镁基合金的储氢能力强，可作为调光层，合金元素包括过渡金属、稀土金属和碱土金属，该体系已经得到了广泛的研究。然而，镁基合金与钯层之间容易相互扩散，形成钯-镁或钯-合金元素等新合金层，减少纯钯比例，降低催化效率。更重要的是，钯的疏水性较差，因脱氢产生的水分子及空气中的水蒸气容易在钯层表面聚集，腐蚀调光薄膜。因此开发吸放氢光学转化特性优异的新体系调光层和加强薄膜保护成为当前的主要研究目标。
五氧化二铌是一种新型的半导体材料，具有较大的光学带隙(3.4eV)，高折射率以及良好的化学稳定性，被广泛应用于气体传感器、催化、电致变色等领域。从已有的镁基储氢材料研究中可以发现，五氧化二铌相比其他金属氧化物既可加快镁的氢气吸附动力学，同时还能提升镁的可逆储氢能力，因此将其应用于镁基调光薄膜具有重要的研究价值。
氟碳薄膜是一种含氟的有机功能薄膜材料，由于氟元素的原子半径较小，极性强，C-F键能为薄膜提供更低的表面张力，因此氟碳膜具有良好的疏水性和表面自清洁的性能。不仅如此，氟碳膜对太阳光具有较高的透射率(大于90％)，且气体透过性好。综上所述，将其覆于调光薄膜外层可加强氢气吸附、脱离，更能提高薄膜的耐候性。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有调光薄膜领域的不足，提供一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜及其制备方法，该薄膜在常温下可通过与氢气反应从反射态转为透明态，再与空气反应从透明态转为反射态。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜，包括依次设置在基底上的镁-五氧化二铌复合膜层、钯催化层和氟碳膜层。
优选地，所述镁-五氧化二铌复合膜层中，五氧化二铌的摩尔百分含量为：3～15％。所述镁-五氧化二铌复合膜层中，若镁的含量过高，五氧化二铌含量过低，会导致吸、脱氢时间过长，反应缓慢，转换速率降低；反之，亦会导致调光区间缩小。
优选地，所述镁-五氧化二铌复合膜层的厚度为50～80nm，若复合膜层过厚，会延长吸、脱氢响应时间；若复合膜层过薄，则会导致脱氢态的薄膜透射率偏高，缩小调光区间；
所述钯催化层的厚度为3～7nm，若钯层的厚度过高，会遮挡光线，减少吸氢态的透射率；若钯层的厚度过低，则易因吸、脱氢循环引起的体积变化而被破坏，降低催化效率；
所述氟碳膜层的厚度为30～150nm。
优选地，所述基底包括石英玻璃、光导纤维、导电玻璃、有机玻璃中的一种。
本发明还提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括采用直流和射频磁控溅射共同作用的方法在基底上生长镁-五氧化二铌复合膜层，然后在镁-五氧化二铌复合膜层上采用直流磁控溅射法制备钯催化层，最后在钯催化层表面采用等离子体气相沉积法制备氟碳膜的步骤。
优选地，所述方法具体包括以下步骤：
S1、用配制的清洗液浸泡基底，然后用去离子水冲洗基底；
S2、将清洗好的基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空；
S3、加热基底，通入工作气体A，并维持压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭靶材前的挡板，预溅射清洗靶材；
S4、预溅射完毕后，开启镁和五氧化二铌靶的挡板，载入共溅射工艺程序，沉积镁-五氧化二铌复合膜层；
S5、经步骤S4沉积完毕后，在真空度保持不变的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，再开始沉积钯催化剂；
S6、经步骤S5沉积完毕后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品，然后停止通入工作气体A，取出样品；
S7、将取出的样品放入反应离子式气相沉积机的反应室内，通入工作气体B，载入相应的工艺程序，在钯催化层表面沉积氟碳膜；沉积完毕后，取出样品，即得氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜。
优选地，所述五氧化二铌靶中的五氧化二铌靶材的制备为：用纯度(质量分数)为99.99％的五氧化二铌粉制成五氧化二铌靶材，并附加铜背板。添加铜背板可增强导电性，使靶材散热均匀，保护靶材。
优选地，步骤S1中，所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1。可有效去除石英玻璃表面的杂质污染物，对基底成分无影响，提高基底成膜质量。
优选地，步骤S2中，所述的工作气体A为氩气，该气体被电离后生成的氩离子可轰击靶材激发出靶材离子，而不与靶材离子反应，对薄膜成分无影响；所述抽真空至背景真空度为8×10-4～9×10-5Pa；
步骤S3中，所述基底温度加热至20～25℃，所述维持压强在0.4～0.6Pa；所述预溅射时间为5～20min。
优选地，步骤S4中，所述镁-五氧化二铌层的共溅射工艺参数设置中，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为100～220W、150～400W，共溅射时间为50～80s。
优选地，步骤S5中，所述钯催化层的溅射工艺参数设置中，钯靶的溅射功率为30～80W，溅射时间为10～60s。
优选地，步骤S4和S5中，所述靶材在溅射时其前方挡板开启，不溅射时挡板关闭，均由设定溅射工艺程序控制。
优选地，步骤S7中，所述的工作气体B为C4F8，氟碳膜的沉积工艺设置参数是工作气压为2～6Pa，气体B流量为20～50sccm，气体激发功率为400W～800W，沉积时间为20～100s。所述气体激发功率不仅影响氟碳的化合方式，也影响膜层的致密性。若功率过高，该膜层过于致密，会阻碍气体通过，降低吸、脱氢效率；若功率过低，该膜层过于疏松，会减弱疏水效果，对内层薄膜的保护作用降低。
所述靶材挡板的开启和闭合、溅射功率、溅射时间以及氟碳膜的沉积参数均可通过编写工艺程序，导入后实现精准控制，自动化程度高。
本发明先通过共溅射的方法在基底上生长镁-五氧化二铌复合膜层，镁为直流磁控溅射，五氧化二铌为射频磁控溅射，再通过直流磁控溅射方法于此膜层上生长钯催化层，最后通过等离子体气相沉积的方法在膜层外围沉积氟碳疏水层。本发明利用钯膜的催化效应，在吸氢阶段，使氢气分解为氢原子与镁基体结合生成氢化物，添加五氧化二铌以加速氢原子在镁基体中的扩散，促进镁氢化物的形成，薄膜由反射态变为透明态；而在脱氢阶段，五氧化二铌可加快镁氢化物的分解，该过程中获得的氢原子将向钯膜表面扩散，薄膜恢复至反射态。氟碳膜可疏散产物水，有效抵御外界环境对内层薄膜的腐蚀。整个反应过程无需升温加压，室温下即可实现薄膜在两种形态之间的可逆转换。该调光薄膜耐候性好，响应、恢复时间短，工艺简单，在智能玻璃领域具有重要的应用前景。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)通过直流和射频磁控共溅射的方法合成镁-五氧化二铌薄膜，克服了因金属氧化物靶材导电性差带来的溅射困难，实现了金属与金属氧化物共沉积，且整个工艺过程由预设程序控制，操作简单，稳定性好，膜层均匀。
2)利用五氧化二铌可提高镁晶粒的分散性以及镁吸、脱氢动力学的特点，将其掺杂在镁基体中，加快氢原子扩散速度，提升薄膜的吸、脱氢效率。
3)钯膜有较强的抗氧化性，原位生长的方式使钯对镁基层的保护更加全面，且钯在室温环境中即可实现对氢气的可逆催化，实验条件要求低。
4)氟碳膜对气体分子的透过性好，疏水性强，既有利于气体分子在薄膜表面的均匀分布，加快气致反应，也可增强薄膜的耐腐蚀性。等离子体气相沉积法在低温下即可生成固态膜，薄膜结合力高，反应速度快。
5)该薄膜的调光区间广，耐候性强，吸放氢光学转变速度快，在镁-过渡金属氧化物调光薄膜领域具有重要的应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1测试获得的CF/Pd/Mg-6％mol Nb2O5吸氢和脱氢状态的透射率曲线图；
图2为本发明实施例2通过透射电镜分析获得的CF/Pd/Mg-10％mol Nb2O5膜层截面图；
图3为本发明实施例2疏水性测试获得的覆盖氟碳膜前后Pd/Mg-10％mol Nb2O5薄膜水接触角变化的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)用纯度(质量分数)为99.99％的五氧化二铌粉制成五氧化二铌靶材，并附加铜背板，以下实施例2～6中均使用同一块五氧化二铌靶材；
(2)依次用配制的清洗液浸泡石英玻璃片15min，去离子水冲洗石英玻璃片1min；所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1；将清洗好的石英玻璃基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空，直至背景真空度为3×10-4Pa；
(3)加热基底，使基底温度为20～25℃，通入工作气体A，并维持0.4～0.6Pa的压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭各靶材前面的挡板，预溅射清洗靶材10min。随后设置共溅射工艺程序，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为200W、200W，共溅射时间为70s，开始沉积镁-五氧化二铌薄膜，膜层厚度为60nm；
(4)沉积完毕后，在真空度维持在0.5Pa的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，调整钯靶的溅射功率为30W，溅射时间为40s，膜层厚度为5nm；待钯膜生长完成后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A(氩气)吹洗样品1min，随后取出样品，得到成分为Pd/Mg-6％mol Nb2O5的薄膜。
(5)将Pd/Mg-6％mol Nb2O5薄膜放入反应离子式气相沉积机内，设置氟碳膜的工艺参数分别为工作气压4Pa，气体B流量40sccm，气体激发功率600W，沉积时间为60s。通入工作气体B(C4F8)，载入工艺程序，沉积氟碳膜，膜层厚度为100nm。完毕后取出样品，得到成分为CF/Pd/Mg-6％mol Nb2O5的薄膜。
测试获得的CF/Pd/Mg-6％mol Nb2O5薄膜吸氢和脱氢状态的透射率曲线示意图如图1所示，由图1可知，CF/Pd/Mg-6％mol Nb2O5薄膜在吸氢态的透射率较脱氢态明显提升，940nm波段的调光区间最宽。
实施例2
本实施例提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)依次用配制的清洗液浸泡石英玻璃片15min，去离子水冲洗石英玻璃片1min；所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1；将清洗好的石英玻璃基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空，直至背景真空度为3×10-4Pa；
(2)加热基底，使基底温度为20～25℃，通入工作气体A，并维持0.4～0.6Pa的压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭各靶材前面的挡板，预溅射清洗靶材10min。随后设置共溅射工艺程序，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为170W、300W，共溅射时间为65s，开始沉积镁-五氧化二铌薄膜，膜层厚度为60nm；
(3)沉积完毕后，在真空度维持在0.5Pa的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，调整钯靶的溅射功率为70W，溅射时间为30s，膜层厚度为6nm；待钯膜生长完成后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品1min，随后取出样品，得到成分为Pd/Mg-10％molNb2O5的薄膜。
(4)将Pd/Mg-10％mol Nb2O5薄膜放入反应离子式气相沉积机内，设置氟碳膜的工艺参数分别为工作气压3Pa，气体B流量30sccm，气体激发功率400W，沉积时间为30s。通入工作气体B，载入工艺程序，沉积氟碳膜，膜层厚度为50nm。完毕后取出样品，得到成分为CF/Pd/Mg-10％mol Nb2O5的薄膜。
CF/Pd/Mg-10％mol Nb2O5薄膜的截面示意图如图2所示，由图2可知，Pd和Mg-10％mol Nb2O5的界面清晰，无扩散现象，Pd层平整均匀。覆盖氟碳膜前后Pd/Mg-10％mol Nb2O5薄膜水接触角变化的对比结果如图3所示，覆盖氟碳膜后水接触角明显增大。
实施例3
本实施例提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)依次用配制的清洗液浸泡石英玻璃片15min，去离子水冲洗石英玻璃片1min；所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1；将清洗好的石英玻璃基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空，直至背景真空度为8×10-4Pa；
(2)加热基底，使基底温度为20～25℃，通入工作气体A，并维持0.4～0.6Pa的压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭各靶材前面的挡板，预溅射清洗靶材10min。随后设置共溅射工艺程序，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为190W、280W，共溅射时间为75s，开始沉积镁-五氧化二铌薄膜，膜层厚度为70nm；
(3)沉积完毕后，在真空度维持在0.5Pa的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，调整钯靶的溅射功率为55W，溅射时间为25s，膜层厚度为5.5nm；待钯膜生长完成后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品1min，随后取出样品，得到成分为Pd/Mg-8％molNb2O5的薄膜。
(4)将Pd/Mg-8％mol Nb2O5薄膜放入反应离子式气相沉积机内，设置氟碳膜的工艺参数分别为工作气压2Pa，气体B流量20sccm，气体激发功率400W，沉积时间为20s。通入工作气体B，载入工艺程序，沉积氟碳膜，膜层厚度为30nm。完毕后取出样品，得到成分为CF/Pd/Mg-8％mol Nb2O5的薄膜。
实施例4
本实施例提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)依次用配制的清洗液浸泡石英玻璃片15min，去离子水冲洗石英玻璃片1min；所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1；将清洗好的石英玻璃基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空，直至背景真空度为9×10-5Pa；
(2)加热基底，使基底温度为20～25℃，通入工作气体A，并维持0.4～0.6Pa的压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭各靶材前面的挡板，预溅射清洗靶材10min。随后设置共溅射工艺程序，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为140W、350W，共溅射时间为60s，开始沉积镁-五氧化二铌薄膜，膜层厚度为65nm；
(3)沉积完毕后，在真空度维持在0.5Pa的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，调整钯靶的溅射功率为60W，溅射时间为20s，膜层厚度为5nm；待钯膜生长完成后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品1min，随后取出样品，得到成分为Pd/Mg-12％molNb2O5的薄膜。
(4)将Pd/Mg-12％mol Nb2O5薄膜放入反应离子式气相沉积机内，设置氟碳膜的工艺参数分别为工作气压3.5Pa，气体B流量35sccm，气体激发功率450W，沉积时间为40s。通入工作气体B，载入工艺程序，沉积氟碳膜，膜层厚度为70nm。完毕后取出样品，得到成分为CF/Pd/Mg-12％mol Nb2O5的薄膜。
实施例5
本实施例提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)依次用配制的清洗液浸泡石英玻璃片15min，去离子水冲洗石英玻璃片1min；所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1；将清洗好的石英玻璃基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空，直至背景真空度为3×10-4Pa；
(2)加热基底，使基底温度为20～25℃，通入工作气体A，并维持0.4～0.6Pa的压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭各靶材前面的挡板，预溅射清洗靶材25min。随后设置共溅射工艺程序，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为220W、150W，共溅射时间为50s，开始沉积镁-五氧化二铌薄膜，膜层厚度为50nm；
(3)沉积完毕后，在真空度维持在0.5Pa的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，调整钯靶的溅射功率为35W，溅射时间为60s，膜层厚度为7nm；待钯膜生长完成后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品1min，随后取出样品，得到成分为Pd/Mg-3％molNb2O5的薄膜。
(4)将Pd/Mg-3％mol Nb2O5薄膜放入反应离子式气相沉积机内，设置氟碳膜的工艺参数分别为工作气压5Pa，气体B流量40sccm，气体激发功率700W，沉积时间为80s。通入工作气体B，载入工艺程序，沉积氟碳膜，膜层厚度为120nm。完毕后取出样品，得到成分为CF/Pd/Mg-3％mol Nb2O5的薄膜。
实施例6
本实施例提供了一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)依次用配制的清洗液浸泡石英玻璃片15min，去离子水冲洗石英玻璃片1min；所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1；将清洗好的石英玻璃基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空，直至背景真空度为3×10-4Pa；
(2)加热基底，使基底温度为20～25℃，通入工作气体A，并维持0.4～0.6Pa的压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭各靶材前面的挡板，预溅射清洗靶材5min。随后设置共溅射工艺程序，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为100W、400W，共溅射时间为80s，开始沉积镁-五氧化二铌薄膜，膜层厚度为80nm；
(3)沉积完毕后，在真空度维持在0.5Pa的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，调整钯靶的溅射功率为80W，溅射时间为10s，膜层厚度为3nm；待钯膜生长完成后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品1min，随后取出样品，得到成分为Pd/Mg-15％molNb2O5的薄膜。
(4)将Pd/Mg-15％mol Nb2O5薄膜放入反应离子式气相沉积机内，设置氟碳膜的工艺参数分别为工作气压6Pa，气体B流量50sccm，气体激发功率800W，沉积时间为100s。通入工作气体B，载入工艺程序，沉积氟碳膜，膜层厚度为150nm。完毕后取出样品，得到成分为CF/Pd/Mg-15％mol Nb2O5的薄膜。
经性能测试，各实施例所制备的CF/Pd/Mg-Nb2O5薄膜均具有相同或相近的效果。各实施例所得薄膜在吸氢态的透射率较脱氢态明显提升，940nm波段的调光区间最宽；Pd和Mg-Nb2O5的界面清晰，无扩散现象，Pd层平整均匀；覆盖氟碳膜后水接触角明显增大，水接触角范围为100～120°。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (11)

1.一种氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，包括采用直流和射频磁控溅射共同作用的方法在基底上生长镁-五氧化二铌复合膜层，然后在镁-五氧化二铌复合膜层上采用直流磁控溅射法制备钯催化层，最后在钯催化层表面采用等离子体气相沉积法制备氟碳膜的步骤；所得氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜包括依次设置在基底上的镁-五氧化二铌复合膜层、钯催化层和氟碳膜层；
所述方法具体包括以下步骤：
S1、用配制的清洗液浸泡基底，然后用去离子水冲洗基底；
S2、将清洗好的基底放入磁控溅射反应室，开启抽真空系统进行抽真空；
S3、加热基底，通入工作气体A，并维持压强，待气压稳定后，开启钯、镁和五氧化二铌靶的电源，关闭靶材前的挡板，预溅射清洗靶材；
S4、预溅射完毕后，开启镁和五氧化二铌靶的挡板，载入共溅射工艺程序，沉积镁-五氧化二铌复合膜层；
S5、经步骤S4沉积完毕后，在真空度保持不变的情况下，载入钯催化层的溅射工艺程序，再开始沉积钯催化剂；
S6、经步骤S5沉积完毕后，关闭所有靶材的电源，继续用工作气体A吹洗样品，然后停止通入工作气体A，取出样品；
S7、将取出的样品放入反应离子式气相沉积机的反应室内，通入工作气体B，载入相应的工艺程序，在钯催化层表面沉积氟碳膜；沉积完毕后，取出样品，即得氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜。
2.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，所述镁-五氧化二铌复合膜层中，五氧化二铌的摩尔百分含量为：3～15％。
3.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，所述镁-五氧化二铌复合膜层的厚度为50～80nm；所述钯催化层的厚度为3～7nm；所述氟碳膜层的厚度为30～150nm。
4.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，所述基底包括石英玻璃、光导纤维、导电玻璃、有机玻璃中的一种。
5.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的清洗液为浓硫酸和双氧水的混合溶液，比例为3:1。
6.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的工作气体A为氩气；所述抽真空至背景真空度为8×10-4～9×10- 5Pa。
7.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述基底温度加热至20～25℃，所述维持压强为0.4～0.6Pa；所述预溅射时间为5～20min。
8.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述镁-五氧化二铌层的共溅射工艺参数设置中，镁、五氧化二铌靶的溅射功率分别为100～220W、150～400W，共溅射时间为50～80s。
9.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述钯催化层的溅射工艺参数设置中，钯靶的溅射功率为30～80W，溅射时间为10～60s。
10.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S4和S5中，所述靶材在溅射时其前方挡板开启，不溅射时挡板关闭，均由设定溅射工艺程序控制。
11.根据权利要求1所述的氟碳/钯/镁-五氧化二铌的气致调光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所述的工作气体B为C4F8，氟碳膜的沉积工艺设置参数是工作气压为2～6Pa，气体B流量为20～50sccm，气体激发功率为400W～800W，沉积时间为20-100s。
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CN109881169B (zh) * 2019-01-22 2020-07-14 上海交通大学 一种镁基合金调制薄膜及其制备方法和应用
CN111044582A (zh) * 2019-12-04 2020-04-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法
CN113215544B (zh) * 2021-04-29 2022-10-28 上海交通大学 氟碳/钯/镁-钪氢致变色薄膜及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6757176B2 (ja) * 2015-05-21 2020-09-16 日東電工株式会社 調光フィルムおよびその製造方法、ならびに調光素子
JP6900156B2 (ja) * 2015-05-21 2021-07-07 日東電工株式会社 調光フィルムおよびその製造方法、ならびに調光素子
CN106676473A (zh) * 2015-11-10 2017-05-17 中国科学院上海硅酸盐研究所 高光透过且疏水功能的聚四氟乙烯薄膜及其制备方法和应用
CN105506549A (zh) * 2015-12-30 2016-04-20 中国建材国际工程集团有限公司 脉冲直流溅射制备五氧化二铌薄膜的方法
CN108085645A (zh) * 2016-11-21 2018-05-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种镁钇合金全反射型调光薄膜及其制备方法和应用
CN107190238B (zh) * 2017-04-07 2019-10-22 上海交通大学 钯/镁-二氧化钛气致调光薄膜及其制备

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