[發明專利]抗紫外和近紅外輻射的增透玻璃的制備方法

在審

• 申請號: 201910892826.6
• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN110627373A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 黃仕華;丁月珂;李興達
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C03C17/36
• 分類號: C03C17/36;C23C14/35;C23C14/18;C23C14/58;C23C14/08
• 代理公司: 33216 杭州之江專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 朱楓

本發明公開了一種抗紫外和近紅外輻射的增透玻璃的制備方法，首先利用鋁誘導玻璃粗化的方法在玻璃表面制備絨面結構，增加玻璃對可見光的透射；其次在絨面上生長錫摻雜的氧化鋅納米薄膜，吸收近紅外輻射；最后生長釔摻雜的二氧化鈦薄膜，吸收紫外輻射。鋁誘導玻璃粗化、吸收近紅外和紫外輻射薄膜的制備方法全部采用磁控濺射，具有工藝簡單、成本低廉等特點，鍍膜玻璃對波長小于380nm的紫外光的吸收超過96％，對波長大于760nm的近紅外光的反射率大于65％，對波長為400～760nm的可見光的透射率大于92％，在建筑玻璃材料、汽車玻璃材料和照明燈具玻璃材料等方面具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于建筑、汽車和照明用玻璃材料技術領域。具體涉及一種利用磁控濺射法制備具有抗紫外和近紅外輻射的增透玻璃的制備方法。

背景技術

節能與環保是當前全球關注的焦點，也是人類社會保持可持續發展的前提，合理利用太陽光對提高人們生活質量有重要的意義。在地球表面的太陽光中，絕大部分太陽輻射能量分布在200～2500nm的波段內，其中波長為200～400nm的紫外光約占太陽輻射總能量的9％，波長為400～760nm的可見光約占43％，波長為760～2500nm的近紅外光約占45％。紫外光對人體的皮膚損傷很大，加速塑料、薄膜等高分子聚合物的老化，而近紅外光則會產生顯著的熱效應。對于通過大面積玻璃采光的建筑物和汽車而言，僅需要太陽光中的可見光部分透過，而近紅外光的透過會引起室內或車內的溫升高，使得夏季消耗的空調致冷能量增多，因此如何隔絕紫外光和近紅外光是合理利用太陽光的重要課題。

當入射光的光子能量(hν)大于或等于材料的禁帶寬度(E_g)，入射光被材料吸收，而hν<E_g，入射光透過。因此，寬禁帶半導體材料可以用來吸收太陽光中的紫外部分。根據麥克斯韋電磁場方程，電磁輻射的界面處的反射率(R)為：R＝1-(8ωε₀/σ)^1/2，其中ω為電磁輻射的圓頻率，ε₀為真空中的介電常數；σ為材料的電導率。材料的自由載流子濃度越大，電導率越大，其反射率也越大，因此，紅外反射膜實際上也就是一種透明導電膜，它的光學特性與電學性能密切相關。根據Drude理論，自由載流子吸收存在一個最大等離子波長(λ_m)，載流子濃度(N)越高，λ_m越大。調節N的大小，使得λ_m位于可見光近紅外光附近。如果入射光波長(λ)大于(λ_m)，被材料反射；如果λ<λ_m，則入射光通過材料。這就是說，自由載流子濃度高的材料，可以反射近紅外光，透過可見光。

除了金、銀、銅、鋁等金屬具有很高的電導率之外，透明導電氧化物(TCO)薄膜的電導率也很高，而且在可見光區域透明，因此TCO薄膜被廣泛應用于各類光電子器件中。目前TCO薄膜主要包括氧化錫、氧化銦和氧化鋅基三大體系，具有載流子濃度高、電導率高、可見光透過率高等特點，因此TCO薄膜是很好的近紅外反射材料。組成TCO薄膜的納米顆粒對可見光和近紅外光還存在反射和散射作用，因此調控納米顆粒的尺寸和分布以實現對增強TCO薄膜的近紅外阻隔作用也是非常重要的。金屬氧化物大部分是寬禁帶半導體，如氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(Ti₂O)、二氧化錫(Sn₂O)的吸收邊在紫外光區域，分別對應400nm、376nm、345nm，因此他們對紫外光吸收很強，而對可見光的吸收則很弱，適合作為抗紫外輻射的材料。

玻璃的防嗮隔熱的常規解決方法有金屬鍍膜和貼膜，二者的可見光透過率低，高反射率引起的光污染嚴重，而且金屬鍍膜的氧化特性導致隔熱性能降低，同時金屬鍍膜對電訊信號產生干擾。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用磁控濺射法制備具有抗紫外和近紅外輻射的增透玻璃的制備方法。

本發明采用的技術方案是這樣的：

抗紫外和近紅外輻射的增透玻璃的制備方法，包括以下步驟：