專利名稱：一種自清潔導(dǎo)電玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃材料領(lǐng)域，尤其涉及一種自清潔導(dǎo)電玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中常見的自清潔玻璃通過在玻璃表面鍍一層具有自潔功能的薄膜，或利用高能離子轟擊玻璃表面提高表面能等。具有自潔功能的薄膜材料可以為具有光催化性能或光致親水性的二氧化硅、氧化鈦等。ITO(Indium-Tin-Oxide)鍍膜玻璃，即氧化銦錫鍍膜玻璃，通過磁控濺射法將氧化銦錫合金鍍到玻璃表面，與玻璃基底結(jié)合牢固，耐磨損，耐酸堿，有良好的阻擋太陽光中紫外線的功能和屏蔽電磁波的性能。現(xiàn)有的ITO鍍膜玻璃的厚度難以控制，當(dāng)鍍膜太薄時(shí)，隔熱效果差，但厚度較大時(shí)，會(huì)降低玻璃的透光率。CN1887760A中公開一種屏蔽電磁波輻射的自清潔家電玻璃，通過在白玻襯底的一面自下而上一次沉積氧化硅薄膜層、銻摻雜二氧化錫薄膜層和氮摻雜二氧化鈦薄膜層而構(gòu)成。該自清潔家電玻璃，用于家用電器上，所以不導(dǎo)電；另外，該自清潔家電玻璃的透光率和自清潔性能存在矛盾，即調(diào)節(jié)膜層厚度提高透光率時(shí)自清潔性能較低，而保證玻璃具有較好的自清潔性能時(shí)透光率較低。該自清潔家電玻璃的制備方法較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的玻璃不導(dǎo)電、透光率與自清潔性能存在矛盾的技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一種自清潔導(dǎo)電玻璃，所述自清潔導(dǎo)電玻璃包括玻璃襯底和位于玻璃襯底表面的單層膜，所述單層膜為鈦摻雜氧化銦薄膜；所述單層膜中銦、鈦和氧原子的摩爾比為 1 3-32 6-50。本發(fā)明還提供了一種自清潔導(dǎo)電玻璃的制備方法，包括先在氬氣氣氛下，以氧氣為反應(yīng)氣體，在磁控靶上施加電源使磁控靶上的靶材物質(zhì)濺射，在玻璃襯底上形成鈦摻雜氧化銦薄膜，所述鈦摻雜氧化銦膜中銦、鈦和氧原子的摩爾比為1 3-32 6-50;然后通過氮?dú)鈼l件下熱處理，得到所述自清潔導(dǎo)電玻璃。本發(fā)明提供了的自清潔導(dǎo)電玻璃，在玻璃表面通過磁控濺射法形成單層薄膜，該單層膜為鈦摻雜氧化銦薄膜，所述單層膜中銦、鈦和氧原子的摩爾比為1 3-32 6-50，鈦原子取代部分銦原子，從而產(chǎn)生氧空位，從而使得本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃具有良好的導(dǎo)電性、可見光透過率和自清潔性能；由實(shí)施例的測試結(jié)果可以看出，本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃的方阻值為15. 2 Ω / □，對(duì)可見光的透過率為88. 3 %，光催化降解率為62. 5%。本發(fā)明提供的自清潔導(dǎo)電玻璃的制備方法，工藝簡單可控。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種自清潔導(dǎo)電玻璃，所述自清潔導(dǎo)電玻璃包括玻璃襯底和位于玻璃襯底表面的單層膜，所述單層膜為鈦摻雜氧化銦薄膜；所述單層膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為 1 3-32 6-50。本發(fā)明中，所述自清潔導(dǎo)電玻璃包括玻璃襯底和位于玻璃表面的單層膜，所述單層膜為鈦摻雜氧化銦薄膜；所述單層膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為1 3-32 6-50。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，鈦原子摻雜在氧化銦的晶格中，取代部分銦原子，產(chǎn)生氧空位，而每個(gè)氧空位提供兩個(gè)電子，從而使得最后形成的單層膜具有導(dǎo)電能力。由于膜層中鈦原子的摻雜，使得單層膜中含有二氧化鈦，因此得到的膜層具有光催化性能，從而使得本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃具有自清潔性能。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所述單層膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為1 3-32 6-50時(shí)，得到的具有該單層膜的玻璃能同時(shí)保證較好的可見光透過率和自清潔性能。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述單層膜中，以^！和Ti的原子摩爾總量為基準(zhǔn)， Ti的含量為8-20%時(shí)，具有該單層膜的玻璃的導(dǎo)電性、透光率以及自清潔性能更好。本發(fā)明中，對(duì)玻璃襯底表面的薄膜的厚度沒有特別的限定。優(yōu)選情況下，薄膜的厚度為20-400nm，使得本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃的各種性格均較好，且成本較低。本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃的透光率較好，其對(duì)可見光的透光率達(dá)到88.3%。另外，本發(fā)明中，鈦摻雜到氧化銦中，增強(qiáng)了薄膜的導(dǎo)電性，得到的自清潔導(dǎo)電玻璃的方阻為 15-500 Ω / 口。本發(fā)明還提供了一種自清潔導(dǎo)電玻璃的制備方法，包括先在氬氣氣氛下，以氧氣為反應(yīng)氣體，在磁控靶上施加電源使磁控靶上的靶材物質(zhì)濺射，在玻璃襯底上形成鈦摻雜氧化銦薄膜，所述鈦摻雜氧化銦膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為1 3-32 6-50;然后通過氮?dú)鈼l件下熱處理，得到所述自清潔導(dǎo)電玻璃。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，先通過磁控濺射法在玻璃表面鍍上一層銦鈦復(fù)合氧化物膜，然后通過氮?dú)鈼l件下熱處理，使銦鈦復(fù)合氧化物膜具有良好的結(jié)晶性，從而提高透光率和光催化效率，得到本發(fā)明提供的自清潔導(dǎo)電玻璃。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，通常在對(duì)玻璃襯底進(jìn)行磁控濺射之前，會(huì)對(duì)玻璃襯底進(jìn)行清洗和離子轟擊處理。對(duì)玻璃襯底進(jìn)行清洗的技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知， 例如對(duì)玻璃表面進(jìn)行超聲清洗，以除去玻璃表面的油污灰塵，防止其降低磁控濺射鍍膜的質(zhì)量。對(duì)玻璃襯底表面進(jìn)行離子轟擊處理，目的是為了提高玻璃襯底表面的活性，從而提高磁控濺射膜層與玻璃襯底的結(jié)合力。所述對(duì)玻璃襯底進(jìn)行離子轟擊處理的步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如可以對(duì)玻璃表面進(jìn)行氬離子轟擊處理。本發(fā)明中，氬離子轟擊處理和對(duì)玻璃襯底表面磁控濺射過程均可在磁控濺射離子鍍設(shè)備中進(jìn)行，所述磁控濺射離子鍍設(shè)備優(yōu)選采用多弧-中頻磁控濺射離子鍍設(shè)備(深圳振恒昌實(shí)業(yè)有限公司BYD-800型)。所述多弧-中頻磁控濺射離子鍍設(shè)備包括真空室、多弧源、加熱裝置、工件架和磁控靶。所述氬離子轟擊處理可按如下方法進(jìn)行將玻璃襯底放置在工件架上，將真空室內(nèi)抽真空至1. 0X 10_2-8. 0X10_2Pa，充入氬氣，至真空室氣壓為0. 1-5. OPa,優(yōu)選為 0. 5-3. OPa，然后對(duì)玻璃襯底進(jìn)行氬離子轟擊處理，處理的條件包括偏壓為200-1000V，占空比為20-70%，時(shí)間為5-20min。優(yōu)選情況下，偏壓為400-800V,占空比為35-55%，時(shí)間為 8_15min。所述磁控濺射法包括真空室中采用氬氣氣氛，以氧氣為反應(yīng)氣體，在磁控靶上裝上靶材物質(zhì)，施加電源使磁控靶上的靶材物質(zhì)濺射，在玻璃襯底上形成鈦摻雜氧化銦薄膜。 所述磁控靶可以為單靶結(jié)構(gòu)也可為對(duì)靶結(jié)構(gòu)。采用單靶結(jié)構(gòu)對(duì)玻璃襯底表面進(jìn)行濺射時(shí)，靶材物質(zhì)采用銦鈦合金靶或氧化銦陶瓷靶；所述靶材物質(zhì)中鈦、銦原子的摩爾比為1 3-32。優(yōu)選情況下，以鈦原子和銦原子摩爾總量為基準(zhǔn)，所述靶材物質(zhì)中鈦原子的含量為8-20%。采用對(duì)靶結(jié)構(gòu)對(duì)玻璃襯底表面進(jìn)行濺射時(shí)，至少含兩個(gè)靶，靶材物質(zhì)分別采用鈦靶和銦靶。每對(duì)磁控靶由一個(gè)電源供電，兩個(gè)磁控靶各自與電源的一極相連，并與整個(gè)真空室絕緣。對(duì)靶的兩個(gè)磁控靶之間的距離可以為10-25厘米，優(yōu)選為14-22厘米。工架件可以圍繞真空室的中心軸順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速可以為0. 5-10轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為2-6 轉(zhuǎn)/分鐘。其中，為滿足玻璃襯底表面沉積的鈦、銦原子的摩爾比為1 3-32，本發(fā)明中采用控制鈦靶和銦靶的功率，從而控制鈦原子和銦原子的濺射速率。所述鈦靶和銦靶的功率比為1 3-30。優(yōu)選情況下，鈦靶和銦靶的功率為1 10-20，使得沉積的單層膜中鈦原子的含量占鈦原子和銦原子摩爾總量的8-20%。本發(fā)明中，所述磁控濺射在氬氣氣氛中進(jìn)行，反應(yīng)氣體為氧氣。先將真空室中抽真空至5. OX KT3Pa以下，然后充入氬氣和氧氣，至氣壓為1. OX 1(^-2. OPa,優(yōu)選為 3. OXlO^-LOPa0所述氬氣與氧氣的流量比為1 1_99。氬氣的流量為200-500sccm，氧氣的流量為5-300sccm。啟動(dòng)電源，在磁控濺射條件下，靶材物質(zhì)中的原子濺射出來，與真空室中的氧原子共同在玻璃襯底表面沉積，并形成所述鈦摻雜的氧化銦薄膜。本發(fā)明中電流采用恒功率電源，例如直流電源；所述直流電源的功率為300-3000W，優(yōu)選為900-1500W。磁控濺射的條件包括濺射時(shí)間為5-25min，偏壓為50-500V，占空比為15-90%；優(yōu)選情況下，濺射時(shí)間為 8-15min，偏壓為 50-250V,占空比為 40-60%。根據(jù)本發(fā)明的步驟，在玻璃襯底表面得到鈦摻雜的氧化銦薄膜后，轉(zhuǎn)入氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理，熱處理溫度為400-600°C，時(shí)間為10-120min ；優(yōu)選情況下，熱處理溫度為 450-500°C，時(shí)間為 20-60min。根據(jù)上述步驟，即可得到本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃，其表面的單層膜的厚度為 20-400nm。下面采用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例及對(duì)比例中原料均通過商購得到。實(shí)施例1采用多弧-中頻磁控濺射離子鍍設(shè)備(深圳振恒昌實(shí)業(yè)有限公司BYD-800型)，其中磁控靶為氧化銦鈦陶瓷靶，靶材物質(zhì)為氧化銦鈦，其中鈦原子占鈦原子和銦原子摩爾總量的10%。(1)將表面清洗后的玻璃放入真空室中，開啟真空泵抽真空至1.2X10_2帕，通入氬氣至真空度為1.5帕，啟動(dòng)電源對(duì)玻璃表面進(jìn)行氬離子轟擊處理，處理?xiàng)l件為偏壓為 600伏，占空比50%，時(shí)間為8分鐘。( 通入氧氣，流量為40sCCm，調(diào)節(jié)氬氣和氧氣流量比例為10 1，使真空度為5. OX ΙΟ"1帕；開啟直流電源，在玻璃表面進(jìn)行鍍膜，鍍膜條件為電源功率為1000W，偏壓為 200V，占空比為50%，時(shí)間為10分鐘；冷卻3min后取出。(3)轉(zhuǎn)入馬弗爐中，抽真空至lPa，充氮?dú)庵翚鈮簽閘OOPa，升溫速率為10°C /min, 至500°C保溫30min，自然冷卻后得到本實(shí)施例的自清潔導(dǎo)電玻璃樣品，記為Al，表面鍍膜厚度通過臺(tái)階儀，測量為250nm。實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的步驟制備自清潔導(dǎo)電玻璃，不同之處在于磁控靶為對(duì)靶結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)銦靶和一個(gè)鈦靶，兩個(gè)靶直接距離為18厘米；步驟 (2)中，鈦靶的功率為3KW，銦靶的功率為9KW。通過上述方法，得到本實(shí)施例的自清潔導(dǎo)電玻璃樣品，記為A2，表面鍍膜厚度通過臺(tái)階儀，測量為275nm。實(shí)施例3采用與實(shí)施例1相同的步驟制備自清潔導(dǎo)電玻璃，不同之處在于磁控靶為氧化銦鈦合金靶，其中鈦原子占鈦原子和銦原子摩爾總量的3%。通過上述方法，得到本實(shí)施例的自清潔導(dǎo)電玻璃樣品，記為A3，表面鍍膜厚度通過臺(tái)階儀，測量為255nm。實(shí)施例4采用與實(shí)施例1相同的步驟制備自清潔導(dǎo)電玻璃，不同之處在于磁控靶為氧化銦鈦合金靶，其中鈦原子占鈦原子和銦原子摩爾總量的25%。通過上述方法，得到本實(shí)施例的自清潔導(dǎo)電玻璃樣品，記為A4，表面鍍膜厚度通過臺(tái)階儀，測量為253nm。實(shí)施例5采用與實(shí)施例2相同的步驟制備自清潔導(dǎo)電玻璃，不同之處在于鈦靶的功率為 0. 3KW，銦靶的功率為9KW。通過上述方法，得到本實(shí)施例的自清潔導(dǎo)電玻璃樣品，記為A5，表面鍍膜厚度通過臺(tái)階儀，測量為265nm。對(duì)比例1采用CN1887760A實(shí)施例1公開的方法制備本對(duì)比例的玻璃樣品，記為D1。性能測試(1)透光率測試采用LCD-5200光電特性測試儀，掃描380_780nm波段，按照GBT 2680-1994公開的太陽光各波段分布特性，計(jì)算各玻璃樣品表面針對(duì)可見光的透光率i。測試結(jié)果如表1所示。(2)光催化活性測試量取20mL濃度為20mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，放入石英表面皿中；將各玻璃樣品浸入亞甲基藍(lán)溶液中，用18W紫外殺菌燈和40W汞燈照射4h后，定容至20mL，用UV752紫外可見分光光度計(jì)，測定λ = 668nm處的溶液的吸光度。根據(jù)以下公式計(jì)算亞甲基藍(lán)的光催化降解率n n = (C0-Ci)/C0 X 100%= (A0-Ai)/A0 X 100% ；
其中Ctl為反應(yīng)前染料溶液的濃度，Ci為反應(yīng)后染料溶液的吸光度；Atl為反應(yīng)前染料溶液的濃度，Ai為反應(yīng)后染料溶液的吸光度。測試結(jié)果如表1所示。(3)接觸角測試以接觸角測量儀(德國Dataphysics公司生產(chǎn)的型號(hào)為0CA20 ；主要技術(shù)指標(biāo)為 接觸角測量范圍0 180°，測量精度士0.1° )測定水在A1-A5和Dl表面的接觸角，采用即滴即測的方式測試，測試結(jié)果如表1所示。(4)方阻測試。采用廣州四探針方阻測試儀測定A1-A5和Dl鍍膜面的方阻值，測試結(jié)構(gòu)如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種自清潔導(dǎo)電玻璃，所述自清潔導(dǎo)電玻璃包括玻璃襯底和位于玻璃襯底表面的單層膜，其特征在于，所述單層膜為鈦摻雜氧化銦薄膜；所述單層膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為 1 3-32 6-50。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自清潔導(dǎo)電玻璃，其特征在于，所述單層膜的厚度為 20-400nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自清潔導(dǎo)電玻璃，其特征在于，所述單層膜中，以^和Ti的原子摩爾總量為基準(zhǔn)，Ti的含量為8-20%。
4.一種自清潔導(dǎo)電玻璃的制備方法，包括先在氬氣氣氛下，以氧氣為反應(yīng)氣體，在磁控靶上施加電源使磁控靶上的靶材物質(zhì)濺射，在玻璃襯底上形成鈦摻雜氧化銦薄膜，所述鈦摻雜氧化銦膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為1 3-32 6-50 ；然后通過氮?dú)鈼l件下熱處理，得到所述自清潔導(dǎo)電玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述磁控靶為單靶結(jié)構(gòu)，靶材物質(zhì)為銦鈦合金靶或氧化銦鈦陶瓷靶；以鈦原子和銦原子摩爾總量為基準(zhǔn)，所述靶材物質(zhì)中鈦原子的含量為8-20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述磁控靶為對(duì)靶結(jié)構(gòu)，靶材物質(zhì)為鈦靶和銦靶；所述鈦靶和銦靶的功率比為1 3-30。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述氬氣與氧氣的流量比為1 1-99。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的方法，其特征在于，氬氣的流量為200-500sCCm，氧氣的流量為 5-300sccm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，電源為恒功率電源，電源的功率為 300-3000W ；濺射時(shí)間為5-25min，偏壓為50-500V，占空比為15-90%。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，熱處理溫度為400-600°C，熱處理時(shí)間 10-120min。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括在濺射之前對(duì)玻璃襯底進(jìn)行清洗和離子轟擊處理的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，離子轟擊處理為氬離子轟擊處理，處理?xiàng)l件包括氣壓為0. 1-5. OPa，偏壓為200-1000V,占空比為20-70%，時(shí)間為5_20min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自清潔導(dǎo)電玻璃，包括玻璃襯底和位于玻璃襯底表面的單層膜，所述單層膜為鈦摻雜氧化銦薄膜；所述單層膜中鈦、銦和氧原子的摩爾比為1∶3-32∶6-50。本發(fā)明還提供了改自清潔導(dǎo)電玻璃的制備方法，包括先在氬氣氣氛下，以氧氣為反應(yīng)氣體，在磁控靶上施加電源使磁控靶上的靶材物質(zhì)濺射，在玻璃襯底上形成鈦摻雜氧化銦薄膜；最后氮?dú)鈼l件下熱處理。本發(fā)明的自清潔導(dǎo)電玻璃具有良好的導(dǎo)電性、可見光透過率和自清潔性能。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102167521SQ20101011713
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者孫永亮, 陳曉梅 申請人:比亞迪股份有限公司