专利名称：彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法
技术领域：
本发明属于高效节能降耗技术中的建筑节能技术领域，尤其是涉及一种彩色二氧化钒镀膜 玻璃的制备方法。技术背景据统计，我国建筑能耗在杜会总能耗中已达30%，随着我国城市化规模的扩大、城镇建 设的推进，以及人民生活水平的提高，建筑能耗将会逐年递增。1996年我国建筑年消耗3.3 亿吨标准煤，占能源消耗总量的24%，到2001年已达3.76亿吨，占总量消耗的27.6%，年增 长率为千分之五。根据预测，我国在未来较短的时间内，建筑能耗将攀升至35%以上。国内 目前能源紧缺的局面将面临严峻的挑战。近几年华南及华北地区频繁的拉闸限电己给我们敲 响了警钟。当前，建筑节能己成为世界各国共同关注的重大课题，是经济社会可持续发展特 别是我国经济的高速增长的重要保障。窗户的节能问题是建筑节能中首先必须考虑的问题。在建筑的四大围护部件中(门窗、 墙体、屋面及地面)，门窗的隔热保温性能最差，是影响室内热环境和建筑节能的主要因素之 一，就我国目前典型的围护部件而言，门窗的能耗约为墙体的4倍、屋面的5倍、地面的20 多倍，约占建筑围护结构能耗的50%以上。西方发达国家自20世纪70年代起开展建筑节能工作，至今已取得了十分突出的成效。 窗户的节能技术也获得了长足的进展，节能窗呈现出多功能、高技术化的发展趋势。人们对 门窗的功能要求从简单的透光、挡风、挡雨到节能、舒适、灵活调整采光量等，在技术上从使用普通的平板玻璃到使用中空隔热技术(中空玻璃)和各种高性能的绝热制膜技术(热反 射玻璃等)。目前，发达国家已开始研制下一代具有"智能化"的节能玻璃窗，简称智能玻璃， 这种智能玻璃能根据环境条件或人的意志来改变透入室内的日照量，实现最大限度的节能。二氧化钒(V02)是一种典型的热色相变材料，自身的光学特性能随环境温度的改变而 改变，很有潜力发展成为一种价格低廉的智能玻璃。二氧化钒的相变温度6S。C。低于此温度， 它呈半导体特性，中等透明；高于68。C时，呈金属特性，对红外高反射。重要的是，它的相 变温度可以通过高价态金属的搀杂降低到室温附近。将二氧化钒应用于节能窗的研究早在上 个世纪70年代初就已经开始了，但是在技术上仍存在诸多问题有待解决，其中一个重要问题 就是二氧化钒智能玻璃的颜色问题。二氧化钒薄膜的反射颜色与透过颜色均呈土黄色，在建筑物上，这种颜色一般不受欢迎， 而玻璃的外观颜色又往往是用户选择的一个重要依据，直接影响到产品在市面上受欢迎的程 度。本发明基于色度学与光学干涉的原理，通过对薄膜厚度的精确控制，提出了一种改变二 氧化钒智能玻璃外观颜色(可见光反射颜色)的简单方法。经对已公开的专利文件与科研文 献进行检索，未发现相关内容。发明内容本发明的目的在于提供一种彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法。 为实现以上目的，本发明采取以下技术方案一种彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，制备步骤包括(a)用洗液或溶剂将玻璃衬底 洗净并吹干；(b)将玻璃衬底放入薄膜沉积室，加热至400 600°C; (c)通入工作气体；(d)采用磁控溅射制备工艺制备二氧化钒热色层；(e)采用磁控溅射制备工艺制备二氧化钛干涉 层，并精确控制干涉层的膜层厚度以得到不同颜色的二氧化钒热色玻璃。二氧化钒热色层的制备可采用的溅射材料是三氧化二钒陶瓷靶，溅射电源优选为直流溅 射，溅射工作气体为Ar气与02气的混合气体，02气与Ar气分压比或流速比为0.05 0.2:1。二氧化钛干涉层在制备过程中，溅射材料可采用二氧化钛陶瓷靶，也可采用金属钛靶作 为；溅射电源优选为射频溅射。采用陶瓷靶时，溅射工作气体为Ar气；采用金属靶时，工作 气体为Ar气与02气混合气体，02气与Ar气分压比或流速比为0. 1 0. 5:1。从窗户节能与采光两方面来考虑，二氧化钒膜层的厚度在60 80纳米之间比较合适。二氧化钛的折射率比较大，可见光透过率也比较高，与二氧化钒在光学上能很好匹配。精确控制二氧化钛膜层的厚度，由于光学干涉效果，智能调热镀膜玻璃可呈现出不同的反射颜色二氧化钛膜层厚度控制在5 20纳米时，可得到反射颜色为粉红色的智能调热镀膜玻璃； 二氧化钛膜层厚度控制在20 45纳米时，可得到反射颜色为蓝色的智能调热镀膜玻璃； 二氧化钛膜层厚度控制在45 70纳米时，可得到反射颜色为淡绿色的智能调热镀膜玻璃；二氧化钛膜层厚度控制在70纳米以上时，可得到反射颜色为黄色的智能调热镀膜玻璃。 本发明通过膜层厚度的精确控制，可使玻璃反射颜色呈现为粉红色、蓝色、淡绿色、金黄色等颜色。这些颜色可使二氧化钒热色玻璃除了具有高效节能的功能外，还有一定的装饰效果，更易为用户所接受。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于以下实施例， 凡是属于本发明内容等同的技术方案，均属于本专利的保护范围。实施例1(a) 衬底清洗将玻璃衬底放入高纯酒精中，用超声清洗5分钟；接着将其放入丙酮溶液，再用超声清洗5分钟。之后用氮气将其吹干，并立即将其放入薄膜制备室。(b) 薄膜的制备制备系统采用磁控溅射。该磁控溅射系统包含一个样品安装室和一个主溅射室(直径45 cm)。主溅射室与一个分子扩散泵连接，真空度为2.0Xl(T5Pa。溅射室有三个靶位可供 安装三个直径为2英寸的不同靶材。每个靶位以30。角度向上倾斜，可以共聚焦方式共溅射或 三耙独立的方式溅射。样品载台升温至500°C并在所有薄膜的制备过程中保持不变。二氧化钒的制备采用三氧化二钒靶(纯度99. 9%)在Ar气(流速30 sccm)和02气(流 速2.6sccm)的混合气体中进行反应性沉积。射频功率设定为120 W。沉积温度为500°C。二氧化钛的制备采用二氧化钛陶瓷靶(靶纯度99. 5%)在Ar气(流速30sccm)中进 行非反应性沉积。射频功率设定为160 W。沉积温度为500°C。 (c)膜层厚度的控制先利用石英晶振仪记录薄膜沉积的时间与相对厚度，沉积完毕后，再利用椭偏仪对薄膜 的几何厚度进行精确测定。根据沉积时间，计算出薄膜的沉积速度。在此基础上，设定薄膜 的沉积时间，使薄膜达到需要的厚度。二氧化钒膜层厚度为80纳米、二氧化钛20纳米为时，从玻璃的镀膜面看，玻璃的反 射颜色为粉红色。
实施例2
玻璃衬底的清洗、制备系统同实施例l。
玻璃衬底放入真空室后，加热至450。C，并在薄膜制备的全过程都保持此温度不便。 二氧化钒的制备同实施例1，溅射50分钟，VC)2膜层厚度约为60 nm。 二氧化钛的制备采用的是金属钛靶(纯度99.5%)，射频溅射，溅射功率设定为120W，工作气体为Ar气与02气混合气体，Ar气的流速为30 sccm， 02气的流速为12 sccm。溅射30分钟，Ti02膜层厚度约为40咖。
从玻璃的镀膜面看，玻璃的反射颜色为浅蓝色。
实施例3
玻璃衬底的清洗与制备系统同实施例1。 二氧化钒的制备条件同实施例1。 二氧化钛的制备条件同实施例1。
二氧化钒薄膜的沉积时间为70分钟，膜厚85纳米；二氧化钛沉积120分钟，膜厚IOO 纳米。从玻璃的镀膜面看，玻璃的反射颜色为金黄色。
实施例4
玻璃衬底的清洗、制备系统同实施例l。
玻璃衬底放入真空室后，加热至600。C，并在薄膜制备的全过程都保持此温度不便。二氧化钒的制备同实施例1。溅射60分钟，V02膜层厚度约为70 nm。二氧化钛的制备条件同实施例2。溅射45分钟，Ti02膜层厚度约为60 nm。 从玻璃的镀膜面看，玻璃的反射颜色为淡绿色。
权利要求
1.一种彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤(a)将玻璃衬底洗净并吹干；(b)将玻璃衬底放入薄膜沉积室，加热至400～600℃；(c)通入工作气体；(d)采用磁控溅射制备工艺制备二氧化钒热色层；(e)采用磁控溅射制备工艺制备二氧化钛干涉层，并精确控制干涉层的膜层厚度以得到不同颜色的二氧化钒热色玻璃。
2. 根据权利要求1所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于二氧化钒热色层 的厚度为60~80纳米。
3. 根据权利要求l所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于在步骤(d)中二 氧化钒热色层的制备采用三氧化二钒陶瓷靶为溅射材料，溅射电源为射频溅射，溅射工 作气体为Ar气与02气的混合气体，02气与Ar气分压比或流速比为0. 05 0. 2:1。
4. 根据权利要求1所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于步骤(e)中二 氧化钛干涉层的制备采用金属钛靶为溅射材料，溅射电源为射频溅射，工作气体为Ar气 与02气混合气体，02气与Ar气分压比或流速比为0. 1~0. 5:1。
5. 根据权利要求1所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于步骤(e)中二 氧化钛干涉层的制备采用二氧化钛陶瓷靶为溅射材料，溅射电源为射频溅射，工作气体 为Ar气。
6. 根据权利要求l所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于步骤(d)与(e) 中膜层厚度的控制方式为先利用石英晶振仪记录薄膜沉积的时间与相对厚度，沉积完毕后，再利用椭偏仪对薄膜的几何厚度进行精确测定；根据沉积时间，计算出薄膜的沉 积速度；在此基础上，设定薄膜的沉积时间，使薄膜达到需要的厚度。
7. 根据权利要求1至6之任一所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于控 制二氧化钛薄膜沉积的厚度在5 20纳米以得到反射颜色为粉红色的镀膜玻璃。
8. 根据权利要求1至6之任一所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于控 制二氧化钛薄膜沉积的厚度在20 45纳米以得到反射颜色为蓝色的镀膜玻璃。
9. 根据权利要求1至6之任一所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于控 制二氧化钛薄膜沉积的厚度在45 70纳米以得到反射颜色为淡绿色的镀膜玻璃。
10. 根据权利要求1至6之任一所述的彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法，其特征在于控 制二氧化钛薄膜沉积的厚度在70纳米以上以得到反射颜色为黄色的镀膜玻璃。
全文摘要
本发明提供了一种彩色二氧化钒热色玻璃的制备方法。依次包括如下步骤(a)将玻璃衬底洗净并吹干；(b)将玻璃衬底放入薄膜沉积室，加热至400～600℃；(c)通入工作气体；(d)采用磁控溅射制备工艺制备二氧化钒热色层；(e)采用磁控溅射制备工艺制备二氧化钛干涉层，并精确控制干涉层的膜层厚度以得到不同颜色的二氧化钒热色玻璃。本发明通过膜层厚度的精确控制，可使玻璃反射颜色呈现为粉红色、蓝色、淡绿色、金黄色等颜色。这些颜色可使二氧化钒热色玻璃除了具有高效节能的功能外，还有一定的装饰效果，更易为用户所接受。
文档编号C03C4/00GK101269918SQ200810027219
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者何云富, 侯乃升, 刚 徐, 黄春明 申请人:中国科学院广州能源研究所