溶胶-凝胶法制备SnO2：Sb光学薄膜

2011-03-06黄伟胜

中国陶瓷工业 2011年3期

黄伟胜

（广东河源万峰陶瓷有限公司，广东河源528061）

0引言

掺杂SnO2薄膜是一种极具应用价值和潜力的薄膜材料，由于同时具有良好的光透过性和导电特性，它在建筑玻璃、液晶显示器、透明电极以及太阳能利用等领域得到了广泛的应用[1]。掺杂SnO2薄膜涂覆在普通窗玻璃表面即制得了我们通常所说的低辐射玻璃，此类玻璃在保证充足阳光透射到室内的同时还能有效阻挡近红外热辐射，从而具有优异的节能效果。近年来，此类玻璃得到了大力推广[2]。本实验以廉价的无机金属盐为原料，用溶胶-凝胶法制备了透光性（紫外、可见光范围）较好，又具有一定导电性能的掺锑与不掺锑的SnO2镀膜玻璃。

1 实验过程

1.1 样品制备

将清洗干净的玻璃片放入配制好的掺杂锑的锡溶胶中，浸泡2m in，以3cm/m in的提拉速度将玻片平稳拉上来，玻璃两面均粘附一层液膜。然后将镀膜后的玻片移入马弗炉在100℃干燥30m in，再以3℃/min的升温速率升温，250℃保温，以5℃/min的升温速率升至最高烧成温度，冷却后即得所需要的样品[3，4]。

1.2 性能测试

膜的附着力和刻划硬度用胶带纸和不同硬度（H1-H6）的铅笔；物相分析用日本理学D/max-3c自动X-射线衍射仪；透光率由721-分光光度计和日本UV-265FW紫外可见光分光光度计进行测试。

2 测试结果分析及讨论

2.1 附着力

用胶带纸粘附在膜层表面缓慢剥下，无膜脱落，膜与玻璃基片的附着力良好。

2.2 刻划硬度

用恒定的力依次用H1-H6铅笔刻划膜面后放在显微镜下观察，发现铅笔硬度越大，热处理温度越低，保温时间越短，膜的划刻越明显。相反膜的硬度越大[2]。

2.3 透光率

膜的组成见表1。

2.3.1 单层膜中，不同条件下的透光率

表1 膜的组成（w t％）Tab.1 Film com position（w t％）

图1 不同组成、相同烧成温度的可见光透过率曲线Fig.1 Visible light transm ission curves for films of different com positions sintered at the same tem perature

在单层膜中，分别以不同组成，相同烧成温度；相同组成，烧成温度，不同保温时间；相同组成，保温时间，不同烧成温度的情况下测其膜的透光曲线，如图1、图2、图3所示。

图2 相同烧成温度、不同保温时间的可见光透过率曲线Fig.2 Visible light transm ission curves for film s sintered at the same tem perature butw ith different holding times

图3 相同组成保温时间、不同烧成温度的可见光透光率曲线Fig.3 Visible light transm ission curves for film s of the same composition sintered at different temperatures w ith the same holding tim

图4 相同组成，相同烧成温度，不同层数膜的紫外可见光透过曲线Fig.4 Ultraviolet-visible light transm ission curves for different film layers of the same com position sintered at the same tem perature

图5 烧成制度相同，不同组成的XRD图Fig.5 XRD patterns for films of different compositions under the same sintering schedule

由图1分析可以看出，当保温时间为60min，热处理温度为450℃时，不掺杂膜的透过率比d样大，比a、b样的低，即随着Sb2O3掺入量增加时，透过率先增加后降低，说明适当的掺杂量可改善膜的结构，使膜性能变好，掺杂量过大，影响可见光的透光率[5]。

由图2分析可以看出，膜的可见光透过率随保温时间的增加而升高。

由图3分析可以看出，膜的可见光透过率随着烧成温度的提高而降低。

2.3.2 不同层数膜在相同条件下的紫外可见光透光率

相同组成，相同烧成温度，不同层数膜的紫外可见光透过曲线测试如图4所示。

由图4分析可知，单面涂覆多层膜（最多5层）后，膜在可见光波段、近红外波段（760nm～900nm），其透过率均在75％以上，膜层越多，总体上来讲它在（380nm～900nm）波段内平均透过率越低，但下降趋势不大；涂覆多层膜与普通白玻片相比，在380nm即近紫外波段透过率急剧减小，在波长小于300nm的波段内对紫外光截止；普通白玻片与涂覆1层、2层、3层膜在380nm附近均有一小谷，即透过率略下降后又回升，而4层、5层基本上没有这种现象，可能是涂覆多层膜（4层以上）后膜厚抵消了玻璃基板在380nm附近对光的选择性吸收；随着膜厚增大，在900nm的透过率依次呈减小趋势[2]。2.4 X-射线衍射图分析

图5为烧成制度相同，不同组成的XRD图。图5中1为Sn/Sb＝7的XRD图；2为Sn/Sb＝5的XRD图；3为纯Sn的XRD图；4为Sn/Sb＝3的XRD图。

由图中可看出不同掺杂量的薄膜均为四方金红石结构，掺杂量不同衍射峰宽度有所不同，Sn/Sb=5时衍峰图最好，说明适量的掺杂可使薄膜结晶度提高，掺杂量过大或过小均会使薄膜中晶粒结晶度变差[2]。