本發(fā)明屬于建筑節(jié)能，更具體地，涉及一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法及其應用。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高,人類對于建筑環(huán)境溫度舒適度的要求不斷提升。巨大的暖通空調(diào)能耗給能源分配和低碳經(jīng)濟的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。窗戶作為建筑中重要的透明維護結(jié)構(gòu)，其匱乏的輻射管理加劇了建筑能耗壓力。低輻射(low-e)窗戶，通過抑制玻璃的輻射換熱，可有效降低由于室內(nèi)外溫差引起的不利熱損失，具有極高的實際應用價值及發(fā)展前景。

2、目前l(fā)ow-e窗戶大多基于金屬薄膜、氧化物薄膜、金屬-氧化物復合薄膜等，以實現(xiàn)高長波紅外反射。然而較差的光譜選擇(可見光、紅外光透過低)、較差的穩(wěn)定性、復雜的制備及封裝工藝問題等，是現(xiàn)今low-e薄膜領域的主要問題。限制了low-e窗戶對不同氣候環(huán)境的適配度，使其節(jié)能效果(增加照明、制熱能耗等)被削弱，并且限制了low-e窗與其它動態(tài)太陽光控制技術(shù)的結(jié)合應用。因此，理想的low-e玻璃應具備清晰高透，耐候性良好等特點，特別是應具有高的光譜選擇性(可見高透，近紅外根據(jù)氣候需求調(diào)整，并保持低發(fā)射特性)。

3、透明low-e薄膜的紅外反射特性主要源于材料中自由載流子與入射電磁波的相互作用。其紅外反射邊受等離子共振頻率影響，與載流子密度正相關；而其發(fā)射率與載流子的散射吸收行為相關，可通過提高載流子遷移率減少散射從而降低發(fā)射率，值得注意的是這并不會對其等離子共振頻率產(chǎn)生明顯影響，僅影響反射邊的斜率。由此，可通過適當降低low-e材料的載流子密度，提高載流子遷移率實現(xiàn)更高近紅外透過率并保證低發(fā)射性質(zhì)。具有寬光學帶隙的透明氧化物材料，可通過摻雜實現(xiàn)以上參數(shù)的調(diào)節(jié)。目前使用的low-e氧化物材料in2o3:sn(ito)，sno2:f(fto)他們的載流子濃度較高(1021cm-3)，而遷移率較低(μ＜50cm2v-1s-1)，近紅外透過有限，這種低得熱特性雖然有利于炎熱地區(qū)窗戶熱管理，但并不適合存在寒冷氣候的地區(qū)，浪費了自然光照的采暖效果。當前高的光譜選擇性多依賴堆膜設計實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復雜，而缺少相關的高遷移率氧化物材料在節(jié)能窗領域應用研究，因此亟需一種從材料本征光學性質(zhì)入手調(diào)節(jié)low-e膜層選擇性透過的方法。

4、通過元素摻雜可顯著調(diào)節(jié)氧化物的光電特性，目前有相關科學研究向in2o3中摻雜mo實現(xiàn)了較高的遷移率，研究表明相同摻雜濃度下使用mo摻雜比sn可實現(xiàn)更低的電離雜質(zhì)散射達到更高載流子遷移率。也有研究通過向in2o3摻雜ti并提高基底溫度，通過退火和優(yōu)化薄膜制備工藝，得到比ito表面粗糙度更低的薄膜，降低晶體界面散射對遷移率不利影響。另外還有摻雜zr、w等方法，這些工作獲的材料μ＞80cm2v-1s-1，但都需要較高的處理溫度(＞400℃)，且載流子濃度未能滿足近紅外高透的low-e窗需求。相比摻雜其他的tco摻雜物，氫(h質(zhì)子)離子半徑小，反應活性高，容易提供電子或與tco中元素反應生成氧空位，優(yōu)化載流子濃度并對材料晶格畸變影響較小，可顯著影響材料的光電性質(zhì)。另外有研究表明摻雜氫有利于低溫退火結(jié)晶時增加晶粒尺寸同時減少子帶隙缺陷，降低晶界勢壘，顯著優(yōu)化載流子遷移率。因此氫摻雜具有實現(xiàn)高選擇性透過的low-e節(jié)能玻璃的制備的應用潛力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法及其應用，由此解決現(xiàn)有技術(shù)low-e窗戶較差的光譜選擇(可見光、紅外光透過低)、較差的穩(wěn)定性以及制備工藝復雜的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，該方法包括以下步驟：

3、s1，在室溫下通入氫氣、氧氣和氬氣的混合氣體，在鈉鈣玻璃表面磁控濺射氧化銦靶材，得到表面沉積有質(zhì)子摻雜的氧化銦膜層的鍍膜玻璃；

4、s2，在步驟s1的室溫下繼續(xù)通入氧氣和氬氣的混合氣體，在所述氧化銦膜層上磁控濺射二氧化硅靶材形成二氧化硅減反層，從而得到質(zhì)子摻雜的氧化銦基-二氧化硅復合膜層玻璃；

5、s3，將所述復合膜層玻璃在氮氣氣氛中進行退火處理，由此得到具有可見-近紅外高透性質(zhì)的low-e玻璃。

6、優(yōu)選地，還包括：在所述步驟s1前使用表面活性劑、丙酮、異丙醇、乙醇和去離子水將鈉鈣玻璃基底依次超聲清洗10min后，置于烘箱充分干燥。

7、優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括以下步驟：

8、將環(huán)境氣壓降到5×10-4pa以下，并通入氣壓為0.5pa、氣體比例為0.05:1:6的氫氣、氧氣和氬氣；

9、使用射頻電源在室溫下磁控濺射氧化銦靶材，其中磁控濺射的功率為100w，預濺射5min后正式濺射，最終在干燥的鈉鈣玻璃基底上沉積有質(zhì)子摻雜的氧化銦膜層。

10、優(yōu)選地，所述步驟s2具體包括以下步驟：

11、將環(huán)境氣壓降到5×10-4pa以下，并通入氣壓為0.7pa、氣體比例為1:6的氧氣和氬氣；

12、使用射頻電源在室溫下磁控濺射二氧化硅靶材，其中磁控濺射的功率為200w，預濺射5min后正式濺射，最終在質(zhì)子摻雜的氧化銦膜層的鍍膜玻璃上沉積二氧化硅減反層。

13、優(yōu)選地，所述步驟s3中退火處理的溫度范圍為190℃～300℃，退火處理的時間范圍為30s～10min。

14、優(yōu)選地，所述退火處理的時間為3min。

15、優(yōu)選地，所述磁控濺射的室溫溫度為15℃～40℃。

16、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種可見-近紅外高透low-e玻璃。

17、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種可見-近紅外高透low-e玻璃在寒冷地區(qū)節(jié)能窗的應用。

18、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

19、1、本發(fā)明提出一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法及其應用，通過對關鍵常溫鍍膜工藝的優(yōu)化，增加減反層，以及惰性氣氛中快速低溫退火工藝的優(yōu)化實現(xiàn)low-e膜的高選擇性紅外透過。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用常溫薄膜制備工藝，低溫快退火工藝，獲得高可見-近紅外透過low-e鍍膜玻璃，其具有材料光譜特性可調(diào)、制備工藝簡單、處理條件溫和等獨特優(yōu)勢，特別是高可見-近紅外透過使其具備面向寒冷地區(qū)的節(jié)能窗應用優(yōu)勢。

20、2、本發(fā)明提出一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，通過使用質(zhì)子摻雜法提升氧化銦薄膜的載流子遷移率及優(yōu)化載流子濃度，以實現(xiàn)更高的近紅外透過率同時保證低發(fā)射性；其頂層復合二氧化硅層減反，可以增加可見光的透過而不影響膜層其他光譜特性。

21、3、本發(fā)明提出一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，操作過程使用磁控濺射設備，在常溫下制備膜層，使用超快低溫退火后處理工藝，通過調(diào)整薄膜濺射氛圍、功率，退火溫度、時間，可獲得不同光譜特性的low-e薄膜。

技術(shù)特征：

1.一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，其特征在于，還包括：在所述步驟s1前使用表面活性劑、丙酮、異丙醇、乙醇和去離子水將鈉鈣玻璃基底依次超聲清洗10min后，置于烘箱充分干燥。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，其特征在于，所述步驟s1具體包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，其特征在于，所述步驟s2具體包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，其特征在于，所述步驟s3中退火處理的溫度范圍為190℃～300℃，退火處理的時間范圍為30s～10min。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可見-近紅外高透low-e玻璃制備方法，其特征在于，所述退火處理的時間為3min。

7.一種如權(quán)利要求1-6任一項所述制備方法所制備的可見-近紅外高透low-e玻璃。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見-近紅外高透low-e玻璃在寒冷地區(qū)節(jié)能窗的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可見?近紅外高透Low?E玻璃制備方法及其應用，屬于建筑節(jié)能技術(shù)領域，該方法包括：在氫氣、氧氣和氬氣的室溫混合氣氛中，在鈉鈣玻璃表面磁控濺射氧化銦靶材，得到表面沉積有質(zhì)子摻雜的氧化銦膜層的鍍膜玻璃；在室溫混合氣氛中繼續(xù)濺射二氧化硅靶材形成二氧化硅減反層，從而得到質(zhì)子摻雜的氧化銦基?二氧化硅復合膜層玻璃；將復合膜層玻璃置于退火設備中，在氮氣氣氛中進行退火處理，由此得到具有可見?近紅外高透性質(zhì)的Low?E玻璃。本發(fā)明利用質(zhì)子摻雜法優(yōu)化氧化物的遷移率和載流子濃度，實現(xiàn)氧化物基Low?E膜層的高選擇性紅近外透過，具有材料本征光學性質(zhì)可調(diào)和膜層結(jié)構(gòu)簡單等獨特優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員：胡彬,李尚竟,周振貴
受保護的技術(shù)使用者：華中科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30