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

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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TiCl4和NH3为原料,以N2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TiOxNy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TiNxOy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TiOxNy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TiO2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TiNxOy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。
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