兼具自清洁性能的新型节能薄膜TiN_xO_y的制备和性能研究

【摘要】： 目前，能源短缺的问题已经越来越凸显出来，如何减少建筑能耗也成为人们普遍关注的问题，节能型镀膜玻璃就是一种可以节省现有能源的建筑材料。同时，环境的恶化使得人们关注建筑玻璃的环保性能。本文在对TiN薄膜的节能机理和TiO2的自清洁机理作了全面综述的基础上，提出通过对TiN镀膜玻璃进行热处理使其兼具节能和环保性能的设想。 首先以TiCl_4和NH_3为原料，以N_2为载气和保护气体，采用常压化学气相沉积法(APCVD)在玻璃基板表面制备得到TiN薄膜。将制备得到的TiN薄膜在空气气氛中热处理，改变热处理的温度和时间，制备得到TiO_xN_y薄膜。运用XRD、FESEM、EDX、电阻测试仪、紫外—可见分光光度计等表征手段研究了热处理温度和时间对TiN_xO_y薄膜的结晶性能、表面形貌、表面成分、导电能力、光学性能和自清洁性能的影响。 研究结果表明，随着热处理温度的升高，TiN薄膜的氧化程度逐渐增大，热处理后生成的薄膜中N的含量逐渐减少，O的含量逐渐升高。O掺入到TiN的晶格结构中，生成晶格常数较小的TiO_xN_y面心立方结构。薄膜的表面形貌由狭长片状向针状结构转变，电阻率逐渐升高，在紫外—可见光区的吸收边逐渐蓝移。当热处理温度上升到600℃时，TiN薄膜被完全氧化为TiO_2薄膜。同时，随着薄膜中氧含量的升高，薄膜对甲基橙溶液的降解率也逐渐增大，热处理后的薄膜表面呈现出超亲水性，说明热处理后的薄膜具有自清洁性能。热处理时间对氧化后薄膜的性能有着和热处理温度类似的影响，热处理时间的延长也会使得TiN薄膜的氧化程度的加深，进而影响热处理后薄膜的性能。 本文还探讨了热处理后生成的TiN_xO_y薄膜在高效节能镀膜玻璃领域的应用前景。研究结果表明，在合适的工艺条件下，热处理后的薄膜，在近红外和中远红外光区都有一定的反射率，在可见光区有一定的透过率，可以作为高效节能镀膜玻璃应用。而且此时薄膜在紫外光照射下对甲基橙溶液有一定的降解速率，同时表面呈现出超亲水性，说明此时薄膜兼具了自清洁和高效节能两种性能。本文得到的最佳样品的制备工艺条件为：TiN薄膜的表面热处理温度为400℃，热处理时间为60min。此时的薄膜在近红外光区的反射率可以达到60％，在中远红外光区的反射率可以达到68％，在可见光区的透过率可以达到30％，可以用作高效节能薄膜。在此条件下制备得到的样品表面呈现超亲水性，经过180min的紫外光照射，薄膜对甲基橙溶液的降解率可以达到57％，说明薄膜表面具有自清洁能力。达到了预期的集成高效节能和自清洁性能于一体的目的。 【关键词】：节能 自清洁 TiN_xO_y 热处理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文献综述9-25
• 1.1 绪论9-10
• 1.2 节能薄膜玻璃的理论基础和研究现状10-13
• 1.2.1 低辐射薄膜的节能原理和研究现状11-12
• 1.2.2 阳光控制薄膜的节能原理和研究现状12-13
• 1.3 节能型薄膜玻璃的制备方法13-16
• 1.3.1 喷涂镀膜法(Spray Coating)13-14
• 1.3.2 溅射法(Sputtering)14-15
• 1.3.3 真空蒸镀法(Vacuum Evaporation)15
• 1.3.4 电浮法镀膜(Electro Float)15
• 1.3.5 溶胶—凝胶法(Sol-Gel)15-16
• 1.3.6 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)16
• 1.4 高效节能用TiN薄膜的节能原理和制备方法16-19
• 1.4.1 高效节能用TiN薄膜的节能原理17-18
• 1.4.2 高效节能用TiN薄膜的制备方法18-19
• 1.5 自清洁薄膜的理论基础19-22
• 1.6 TiO_2薄膜的制备方法22-24
• 1.6.1 物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition,PVD)22
• 1.6.2 溶胶—凝胶法(Sol-Gel)22-23
• 1.6.3 通过TiN的热处理制备TiO_2薄膜23-24
• 1.7 课题的提出24-25
• 第二章 样品制备及表征25-29
• 2.1 样品的制备25-27
• 2.1.1 TiN样品的制备25-27
• 2.1.2 TiN薄膜的表面热处理27
• 2.2 样品的测试和表征27-29
• 2.2.1 X射线衍射仪(XRD)27
• 2.2.2 场发射扫描电镜(FESEM)27
• 2.2.3 X射线色散能谱仪(EDX)27
• 2.2.4 四探针电阻测试仪27-28
• 2.2.5 紫外—可见分光光度计(UV/Vis Spectrometer)28-29
• 第三章 热处理温度对TiN薄膜表面氧化的影响29-45
• 3.1 表面热处理温度对热处理后薄膜表面成分的影响29-32
• 3.2 表面热处理温度对热处理后薄膜结晶性能的影响32-34
• 3.3 表面热处理温度对热处理后薄膜表面形貌的影响34-36
• 3.4 表面热处理温度对氧化后薄膜导电性能的影响36-38
• 3.5 表面热处理温度对氧化后薄膜光学性能的影响38-42
• 3.6 热处理温度对热处理后薄膜光催化性能及表面亲水性的影响42-43
• 3.7 本章小结43-45
• 第四章 热处理时间对TiN薄膜表面氧化的影响45-61
• 4.1 热处理时间对热处理后薄膜表面成分的影响45-48
• 4.2 表面热处理时间对热处理后薄膜结晶性能的影响48-50
• 4.3 热处理时间对热处理后薄膜表面形貌的影响50-52
• 4.4 热处理时间对氧化后薄膜导电性能的影响52-54
• 4.5 热处理时间对氧化后薄膜光学性能的影响54-58
• 4.6 热处理时间对氧化后薄膜光催化性能和表面亲水性的影响58-59
• 4.7 本章小节59-61
• 第五章 结论和展望61-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67-68
• 致谢68

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