CN110451816A - 一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，将SnCl2·2H2O、SbCl3和无水乙醇配制成溶胶，静置陈化得到凝胶，然后通过提拉镀膜机在玻璃表面进行镀膜，最后对其进行热处理，得到ATO红外反射薄膜。本发明提供的制备方法工艺简单，成本低廉，可重复性好，易于实现大规模生产。得到的ATO薄膜结晶度高，结构均匀性好，具有良好的红外反射效果。

Description

一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料领域，具体涉及一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法。
背景技术
世界能源需求量以每年1.3％的速率增长，其中建筑能耗占人类整个能源消耗的30％～40％。在影响建筑能耗的四大围护结构中，门窗是保温隔热性能最薄弱的环节，是影响建筑能耗以及室内人体舒适度的重要因素之一。据统计，我国建筑门窗散热量占建筑外围总散热量的一半以上，是发达国家的3～5倍。近年来，大型玻璃窗和玻璃幕墙已广泛应用于公共建筑物中，这导致建筑物的能量消耗大幅度增加，从而增加了夏季空调和冬季加热器的使用。因此，提高门窗玻璃的保温隔热性能在建筑节能中尤为重要。而提高其保温性能，实质上就是提高玻璃的红外反射性能。
锑掺杂氧化锡(Antimony Tin Oxide，简称ATO)，它属于多功能导电材料，与SnO2具有相同的晶体结构(正四面体金红石结构)，具有导电性高、浅色透明性、良好的耐候性以及耐磨、耐腐蚀等特性，不受气候和使用环境的限制，因此可以制备成透明隔热涂层来有效解决建筑物和其他玻璃的能耗问题。同时，纳米ATO粉体还具有优异的减反射、抗辐射、红外吸收等功能。与ITO和AZO相比，纳米ATO制备透明隔热涂层还具有生产工艺简单可行，制备过程安全环保，产品性能优良稳定，成本低的优点，因此，ATO具有较高的市场价值和广阔的应用前景。
常用的ATO薄膜的制备方法有溶胶-凝胶法、磁控溅射法、真空蒸镀法、脉冲激光沉积法等。
溶胶-凝胶法具有高化学均匀性、掺杂范围广、易于改性、制备过程简单等特点，广泛应用于薄膜的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，采用的设备简单，易于控制，得到的ATO薄膜表面均匀、结构致密，具有较好的红外反射效果。
本发明所采用的技术方案为：锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，具体步骤如下：
(1)前驱体的制备：分别称取SnCl2·2H2O和SbCl3置于不同的烧杯中，然后分别加入无水乙醇，各自在常温条件下搅拌1～2h后，将SbCl3的乙醇溶液逐滴加入SnCl2·2H2O的乙醇溶液中，继续加热搅拌4～6h，得到ATO溶胶，然后静置陈化；
(2)基片的清洗：将基片分别置于无水乙醇、丙酮、酸溶液、碱溶液中超声清洗20～30min，取出后用去离子水冲洗干净，并烘干备用；
(3)ATO薄膜的制备：采用提拉镀膜机将基片在(1)中制备的ATO溶胶中进行提拉，得到ATO薄膜；
(4)热处理：将镀膜后的基片置于马弗炉中，通过热处理得到结晶性良好的ATO薄膜。
按上述方案，步骤(1)中配制ATO溶胶的原材料配比为：SnCl2·2H2O、SbCl3、无水乙醇的摩尔比为1∶0.01～0.09∶50～70；加热温度为60～80℃。
按上述方案，步骤(2)中所述酸、碱溶液分别为硝酸溶液、氨水溶液。
按上述方案，步骤(2)中所述稀硝酸溶液中浓硝酸与去离子水的比例为1∶14。
按上述方案，步骤(2)中所述氨水溶液中氨水与去离子水的比例为1∶9。
按上述方案，步骤(2)中所述基片为石英玻璃基片，规格为50×25×1mm。
按上述方案，步骤(3)中，提拉速度为1500～5000μm/s，浸渍时间为100～300s，停留时间为100～200s。
按上述方案，步骤(4)中，升温速率为2～7℃/min，热处理温度为400～700℃，保温时间为2～3h。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，通过掺杂的方式，将锑掺入氧化锡中，增加了载流子浓度，使得制备的ATO薄膜具有较好的导电性能及红外反射效果。
附图说明
图1是实施例1制备的SnO2薄膜扫描电镜(SEM)图。
图2是实施例2制备的ATO薄膜扫描电镜图。
图3是实施例3制备的ATO薄膜扫描电镜图。
图4是实施例1～3制备的SnO2和ATO薄膜的透过率曲线对比图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
(1)前驱体的制备：称取3.2g SnCl2·2H2O置于烧杯中，加入50ml无水乙醇，将烧杯置于60℃的磁力搅拌器上搅拌4h，使溶液澄清，用保鲜膜密封，静置陈化。
(2)基片的清洗：将基片分别置于无水乙醇、丙酮、硝酸溶液、氨水溶液中超声清洗20～30min，取出后用去离子水冲洗干净，并烘干备用。
(3)SnO2薄膜的制备：采用提拉镀膜机将石英玻璃片在步骤(1)所得溶胶中提拉。设置提拉速度为1500μm/s，浸渍时间为100s，停留时间为100s。提拉完一次后将玻璃片放入80℃的烘箱中干燥20min，取出进行二次镀膜。按此步骤反复，共镀5层膜。
(4)热处理：将镀膜后的基片置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率从室温升到500℃，然后随炉冷却，冷却至室温后将玻璃片取出，即得到所需的ATO薄膜。
图1是实施例1所得到的未掺杂的SnO2薄膜扫描电镜(SEM)图。从图中可以看出该样品表面均匀，结晶度较高，但颗粒之间存在微小缝隙。图4中黑色曲线代表未掺杂的SnO2薄膜的透过率，由图可以看出，未掺杂的SnO2薄膜在可见光以及近红外光区域的透过率都很高，达到90％以上。
实施例2
前驱体的制备：称取3.2g SnCl2·2H2O，加入45ml无水乙醇，另称取0.0977g SbCl3(掺入3mol％的锑)置于烧杯中，加入5ml无水乙醇，分别在常温下搅拌1h后，将SbCl3的乙醇溶液逐滴加入SnCl2·2H2O的乙醇溶液中，再将烧杯置于60℃的磁力搅拌器上搅拌4h，使溶液澄清，用保鲜膜密封，静置陈化。
后面基片的清洗、ATO薄膜的制备、热处理过程与实施例1相同。
图2是3mol％锑掺杂的SnO2薄膜扫描电镜图。从图中可以看出，ATO薄膜表面光滑平整，有许多的小颗粒富集在样品表面，并且这些颗粒圆润光滑，结构致密，结晶性好。图4中红色曲线代表3mol％锑掺杂的SnO2薄膜的透过率。由图可以看出，3mol％锑掺杂的SnO2薄膜的可见光透过率相比未掺杂的SnO2薄膜有所降低，而在近红外光范围内，透过率有所下降。因此说明锑掺杂的SnO2薄膜对近红外光有一定的反射作用。
实施例3
前驱体的制备：称取3.2g SnCl2·2H2O，加入45ml无水乙醇，再称取0.2279g SbCl3(掺入7mol％的锑)置于另一烧杯中，加入5ml无水乙醇，各自在常温条件下搅拌1h后将SbCl3的乙醇溶液逐滴加入SnCl2·2H2O的乙醇溶液中，将烧杯置于60℃的磁力搅拌器上搅拌4h，使溶液澄清，用保鲜膜密封，静置陈化。
后面基片的清洗、ATO薄膜的制备、热处理过程与实施例1相同。
图3为7mol％锑掺杂的SnO2薄膜扫描电镜图。从图中可以看出，ATO薄膜表面结构更为致密，晶粒尺寸与实施例1和实施例2相比有所增大。图4中蓝色曲线代表7mol％锑掺杂的SnO2薄膜的透过率。由图中可以看出，7mol％锑掺杂的SnO2薄膜的可见光透过率有所下降，但仍然保持在85％左右，而在近红外光区域的透过率大幅度下降，红外反射性较为明显。与实施例1未掺杂的SnO2薄膜相比，可见光透过率变化不大，近红外透过率由未掺杂时的92.5％下降到7mol％锑掺杂时的63.1％，降低了29.4％。

Claims (8)

1.一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)前驱体的制备：分别称取SnCl2·2H2O和SbCl3置于不同的烧杯中，然后分别加入无水乙醇，各自在常温条件下搅拌1～2h后，将SbCl3的乙醇溶液逐滴加入SnCl2·2H2O的乙醇溶液中，继续加热搅拌4～6h，得到ATO溶胶，然后静置陈化；
(2)基片的清洗：将基片分别置于无水乙醇、丙酮、酸溶液、碱溶液中超声清洗20～30min，取出后用去离子水冲洗干净，并烘干备用；
(3)ATO薄膜的制备：采用提拉镀膜机将基片在(1)中制备的ATO溶胶中进行提拉，得到ATO薄膜；
(4)热处理：将镀膜后的基片置于马弗炉中，通过热处理得到结晶性良好的ATO薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中配制ATO溶胶的原材料配比为：SnCl2·2H2O、SbCl3、无水乙醇的摩尔比为1∶0.01～0.09∶50～70；加热温度为60～80℃。
3.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述酸、碱溶液分别为稀硝酸溶液、氨水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述稀硝酸溶液中浓硝酸与去离子水的比例为1∶14。
5.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述氨水溶液中氨水与去离子水的比例为1∶9。
6.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述基片为石英玻璃基片，规格为50×25×1mm。
7.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，提拉速度为1500～5000μm/s，浸渍时间为100～300s，停留时间为100～200s。
8.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡红外反射薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述热处理工艺为：升温速率为2～7℃/min，热处理温度为400～700℃，保温时间为2～3h。
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