專利名稱：玻璃襯底上彩色二氧化釩熱色玻璃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高效節(jié)能降耗技術(shù)中的建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種彩色二氧化釩熱 色玻璃的制備方法技術(shù)背景據(jù)統(tǒng)計，我國建筑能耗在社會總能耗中已達(dá)30%，隨著我國城市化規(guī)模的擴(kuò)大、城鎮(zhèn)建 設(shè)的推進(jìn)，以及人民生活水平的提高，建筑能耗將會逐年遞增。1996年我國建筑年消耗3.3 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占能源消耗總量的24%，到2001年已達(dá)3.76億噸，占總量消耗的27. 6%，年增 長率為千分之五。根據(jù)預(yù)測，我國在未來較短的時間內(nèi)，建筑能耗將攀升至35%以上。國內(nèi) 目前能源緊缺的局面將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。近幾年華南及華北地區(qū)頻繁的拉閘限電已給我們敲 響了警鐘。當(dāng)前，建筑節(jié)能已成為世界各國共同關(guān)注的重大課題，是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展特 別是我國經(jīng)濟(jì)的高速增長的重要保障。窗戶的節(jié)能問題是建筑節(jié)能中首先必須考慮的問題。在建筑的四大圍護(hù)部件中(門窗、 墻體、屋面及地面)，門窗的隔熱保溫性能最差，是影響室內(nèi)熱環(huán)境和建筑節(jié)能的主要因素之 一，就我國目前典型的圍護(hù)部件而言，門窗的能耗約為墻體的4倍、屋面的5倍、地面的20 多倍，約占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的50%以上。西方發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)70年代起開展建筑節(jié)能工作，至今已取得了十分突出的成效。窗戶的節(jié)能技術(shù)也獲得了長足的進(jìn)展，節(jié)能窗呈現(xiàn)出多功能、高技術(shù)化的發(fā)展趨勢。人們對 門窗的功能要求從簡單的透光、擋風(fēng)、擋雨到節(jié)能、舒適、靈活調(diào)整采光量等，在技術(shù)上從 使用普通的平板玻璃到使用中空隔熱技術(shù)(中空玻璃)和各種高性能的絕熱制膜技術(shù)(熱反 射玻璃等)。目前，發(fā)達(dá)國家已開始研制下一代具有"智能化"的節(jié)能玻璃窗，簡稱智能玻璃， 這種智能玻璃能根據(jù)環(huán)境條件或人的意志來改變透入室內(nèi)的日照量，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。二氧化釩(V02)是一種典型的熱色相變材料，自身的光學(xué)特性能隨環(huán)境溫度的改變而 改變，很有潛力發(fā)展成為一種價格低廉的智能玻璃。二氧化釩的相變溫度68。C。低于此溫度， 它呈半導(dǎo)體特性，中等透明；高于68。C時，呈金屬特性，對紅外高反射。重要的是，它的相 變溫度可以通過高價態(tài)金屬的攙雜降低到室溫附近。將二氧化釩應(yīng)用于節(jié)能窗的研究早在上 個世紀(jì)70年代初就已經(jīng)開始了，但是在技術(shù)上仍存在諸多問題有待解決，其中一個重要問題 就是二氧化釩智能玻璃的顏色問題。二氧化釩薄膜的反射顏色與透過顏色均呈土黃色，在建筑物上，這種顏色一般不受歡迎， 而玻璃的外觀顏色又往往是用戶選擇的一個重要依據(jù)，直接影響到產(chǎn)品在市面上受歡迎的程 度。本發(fā)明基于色度學(xué)與光學(xué)干涉的原理，通過對薄膜厚度的精確控制，提出了一種改變二 氧化釩智能玻璃外觀顏色(主要是可見光的反射顏色)的簡單方法。經(jīng)對已公開的專利文件 與科研文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種玻璃襯底上彩色二氧化釩熱色玻璃的制備方法。 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案-化釩熱色玻璃的制備方法，依次包括如下步驟(a)用洗液或 溶劑將玻璃襯底清洗干凈并吹干；(b)將玻璃襯底放入薄膜沉積室，加熱至300 600°C; (c)通入工作氣體；(d)采用磁控濺射制備工藝使二氧化釩成膜；(e)控制二氧化釩成膜厚度以得到不同顏色的二氧化釩鍍膜玻璃。二氧化釩成膜的原材料選自二氧化釩、五氧化二釩、金屬釩中的一種，優(yōu)選為金屬釩。采用金屬釩或二氧化釩作為陰極濺射材料，濺射方式優(yōu)選為射頻濺射，濺射室在通入Ar氣的 同時，也通入高純度的02氣，02氣與Ar氣分壓比或流速比為0.03 0.3:l。或者采用五氧化 二釩陶瓷靶為陰極濺射材料，濺射電源優(yōu)選為直流濺射，濺射工作氣體為Ar氣與H2氣的混合 氣體，&氣與八1"混合體的百分比&/"『+ H2)=2% 8%。在二氧化釩薄膜的沉積過程中，精確控制膜層的厚度，可使二氧化釩鍍膜玻璃的呈現(xiàn)出不同的外觀顏色(反射顏色)。膜層厚度的控制方法如下先利用石英晶振儀記錄薄膜沉積的時間與相對厚度，沉積完畢后，再利用橢偏儀對二氧化釩薄膜的幾何厚度進(jìn)行精確測定。根據(jù)沉積時間，計算出薄膜的沉積速度。在此基礎(chǔ)上，設(shè)定薄膜的沉積時間，使薄膜達(dá)到需要的厚度。二氧化釩膜層厚度控制在10 25納米時，可得到反射顏色為淺藍(lán)色的鍍膜玻璃； 二氧化釩膜層厚度控制在25 40納米時，可得到反射顏色為淡青色的鍍膜玻璃； 二氧化釩膜層厚度控制在40 70納米或控制在120 180納米時，可得到反射顏色為黃色的鍍膜玻璃；二氧化釩膜層厚度控制在70 80納米時，可得到反射顏色為粉紅色的鍍膜玻璃；二氧化釩膜層厚度控制在80 120納米時，可得到反射顏色為藍(lán)紫色的鍍膜玻璃。本發(fā)明通過對膜層厚度的精確控制，可使玻璃反射顏色呈現(xiàn)為淺藍(lán)色、藍(lán)紫色、淡青色、 黃色、或粉紅色等。這些顏色使二氧化釩熱色玻璃除了具有高效節(jié)能的功能外，還能裝飾建 筑物的外表，達(dá)到美化環(huán)境的作用。


圖1是二氧化釩膜層厚度為15 nra時鍍膜玻璃的光譜圖，測定時膜面向著入射光線。 圖2是二氧化釩膜層厚度為65 mn時鍍膜玻璃的光譜圖，測定時膜面向著入射光線。 圖3是二氧化釩膜層厚度為95 nm時鍍膜玻璃的光譜圖，測定時膜面向著入射光線。 圖4是二氧化釩膜層厚度為155 nm時鍍膜玻璃的光譜圖，測定時膜面向著入射光線。附圖標(biāo)記說明實線透過率(T%);虛線反射率(R%)。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不僅限于以下實施例， 凡是屬于本發(fā)明內(nèi)容等同的技術(shù)方案，均屬于本專利的保護(hù)范圍。實施例1(a) 玻璃襯底的清洗將玻璃襯底放入高純酒精中，用超聲清洗5分鐘；接著將其放入丙酮溶液，再用超聲清 洗5分鐘。之后用氮氣將其吹干，并立即將其放入薄膜制備室。(b) 二氧化釩薄膜的制備制備系統(tǒng)采用磁控濺射。該磁控濺射系統(tǒng)包含一個樣品安裝室和一個主濺射室(直徑45 cm)。主濺射室與一個分子擴(kuò)散泵連接，真空度為2.0Xl(TPa。濺射室有三個靶位可供 安裝三個直徑為2英寸的不同耙材。每個耙位以30。角度向上傾斜，可以共聚焦方式共濺射或 三靶獨立的方式濺射。樣品載臺可升溫至600°C并可在濺射過程中連續(xù)轉(zhuǎn)動。制備條件采用金屬釩靶(純度99. 9%)在Ar氣(流速30 sccm)和02氣(流速2. 1 sccm) 的混合氣體中進(jìn)行反應(yīng)性沉積。射頻功率設(shè)定為120 W。沉積溫度為500°C。(c) 二氧化釩膜層厚度的控制先利用石英晶振儀記錄薄膜沉積的時間與相對厚度，沉積完畢后，再利用橢偏儀對二氧 化釩薄膜的幾何厚度進(jìn)行精確測定。根據(jù)沉積時間，計算出薄膜的沉積速度。在此基礎(chǔ)上， 設(shè)定薄膜的沉積時間，使薄膜達(dá)到需要的厚度。二氧化釩膜層厚度為15納米時，從玻璃的鍍膜面看，玻璃的反射顏色為淺藍(lán)紫色。透 過光譜與反射光譜見圖1。實施例2玻璃襯底的清洗、制備系統(tǒng)與制備條件同實施例1。二氧化釩薄膜的沉積時間為32分鐘， 膜厚65納米。從玻璃的鍍膜面看，玻璃的反射顏色為淺橙黃色。透過光譜與反射光譜見圖2。實施例3玻璃襯底的清洗與制備系統(tǒng)同實施例1。制備條件采用五氧化二釩陶瓷作濺射靶材(純度99.5%)，通入Ar氣與H2氣的混合氣 體[混合比例？12/^" H2)=5%]，流速為30sccm，直流濺射，濺射功率設(shè)定為120 W。濺射40 分鐘，V02膜層厚度約為95納米。沉積溫度為500。C。從玻璃的鍍膜面看，玻璃的反射顏色為寶藍(lán)色。透過光譜與反射光譜見圖3。 實施例4玻璃襯底的清洗與制備系統(tǒng)同實施例1。制備條件采用二氧化釩作濺射靶材(純度99.5%),在Ar氣(流速30 sccm)和02氣(流速1. 5 sccm)的混合氣體中進(jìn)行反應(yīng)性沉積。射頻功率設(shè)定為100 W。沉積溫度為500°C。濺射120分鐘，V02膜層厚度約為76 nm。從玻璃的鍍膜面看，玻璃的反射顏色為粉紅色。實施例5玻璃襯底的清洗、制備系統(tǒng)與制備條件同實施例l。 二氧化釩薄膜的沉積時間為16分鐘，膜厚33納米。 從玻璃的鍍膜面看，玻璃的反射顏色為淡青色。實施例6玻璃襯底的清洗、制備系統(tǒng)與制備條件同實施例l。二氧化釩薄膜的沉積時間為80分鐘，膜厚月155納米。從玻璃的鍍膜面看，玻璃的反射顏色為金黃色。透過光譜與反射光譜見圖4。
權(quán)利要求
1.一種玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于依次包括如下步驟(a)用洗液或溶劑將玻璃襯底清洗干凈并吹干；(b)將玻璃襯底放入薄膜沉積室，加熱至300～600℃；(c)通入工作氣體；(d)采用磁控濺射制備工藝使二氧化釩成膜；(e)控制二氧化釩成膜厚度以得到不同反射顏色的二氧化釩鍍膜玻璃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于步驟(d) 中二氧化釩薄膜的制備采用金屬釩或二氧化釩為陰極濺射材料，濺射方式為射頻濺射，濺射室在通入Ar氣的同時，也通入高純度的02氣，02氣與Ar氣分壓比或流速比為0. 03 0. 3:1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于步驟(d) 中二氧化釩薄膜的制備采用五氧化二釩陶瓷靶為陰極濺射材料，濺射電源為直流濺射， 濺射工作氣體為Ar氣與H2氣的混合氣體，H2氣與Ar混合體的百分比H2/(Ar+ H2)=2% 8%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于步驟(e) 中先利用石英晶振儀記錄薄膜沉積的時間與相對厚度，沉積完畢后，再利用橢偏儀對二 氧化釩薄膜的幾何厚度進(jìn)行精確測定。根據(jù)沉積時間，計算出薄膜的沉積速度。在此基 礎(chǔ)上，設(shè)定薄膜的沉積時間，使薄膜達(dá)到需要的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在 于控制二氧化釩薄膜沉積的厚度在10 25納米以得到反射顏色為淺藍(lán)色的鍍膜玻璃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在 于控制二氧化釩薄膜沉積的厚度在25 40納米以得到反射顏色為淡青色的鍍膜玻璃。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在 于控制二氧化釩薄膜沉積的厚度在40 70納米或在120 180納米以得到反射顏色為 黃色的鍍膜玻璃。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在 于控制二氧化釩薄膜沉積的厚度在70 80納米以得到反射顏色為粉紅色的鍍膜玻璃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一所述的玻璃襯底上彩色二氧化釩薄膜的制備方法，其特征在 于控制二氧化釩薄膜沉積的厚度在80 120納米以得到反射顏色為藍(lán)紫色的鍍膜玻璃。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種玻璃襯底上彩色二氧化釩熱色玻璃的制備方法。其特征在于依次包括如下步驟(a)用洗液或溶劑將玻璃襯底清洗干凈并吹干；(b)將玻璃襯底放入薄膜沉積室，加熱至300～600℃；(c)通入工作氣體；(d)采用磁控濺射制備工藝使二氧化釩成膜；(e)控制成膜厚度以得到不同反射顏色的二氧化釩鍍膜玻璃。本發(fā)明通過對膜層厚度的精確控制，可使玻璃反射顏色呈現(xiàn)為淺藍(lán)紫色、藍(lán)紫色、淡青色、黃色、或粉紅色等。這些顏色使二氧化釩熱色玻璃除了具有高效節(jié)能的功能外，還能裝飾建筑物的外表，達(dá)到美化環(huán)境的作用。
文檔編號C03C17/23GK101255015SQ20081002722
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者侯乃升, 剛 徐, 陳麗華, 黃華凜, 黃春明 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所