一种基于Co掺杂ZnO的耐高温高红外反射率涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外辐射材料领域，具体涉及一种基于Co掺杂ZnO的耐高温高红外反射率涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]ZnO是一种宽禁带(3.37eV)较高激子结合能(60meV)的多功能η型无机半导体材料，具有六角纤锌矿晶体结构，容易产生缺陷和进行杂质掺杂。Ζη0不仅具有极好的光学性能和电学性质，而且材料来源非常丰富、价格低廉、无毒、低温生长。因此，它克服了ITO与ATO材料的缺点，被认为是具有广阔发展空间的掺杂半导体材料。非掺杂的ZnO薄膜导电性能和稳定性都不高，无法直接应用，可通过不同类型的掺杂来提高性能，可用作TC0(透明导电膜)材料、建筑玻璃的红外反射涂层，在红外节能领域有着十分广阔的应用前景。常用的红外反射涂层是采用磁控溅射等工艺方法，但是成本昂贵、工艺难度高，不适用于大型和复杂工件，不利于工业生产。因此研究一种较佳的掺杂元素以及较好的掺杂工艺方法，以达到耐高温、高红外反射率，同时达到适用于工业生产，变得尤为重要。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种基于Co掺杂ZnO的耐高温高红外反射率涂层及其制备方法。
[0004]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]—种基于Co掺杂ZnO的耐高温高红外反射率涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0006](I)以Co盐、Zn盐为金属源，乙醇为溶剂配置成金属盐溶液；
[0007](2)以三乙醇胺为稳定剂，将三乙醇胺加入到步骤(I)所得金属盐溶液中；再将溶液置于60°C?80°C水浴锅中恒温搅拌，搅拌过程中逐滴加入氨水溶液调节溶液pH值，制备得到涂层溶胶；
[0008](3)以步骤(2)所得涂层溶胶制备反射涂层:对试样进行表面处理，然后将试样浸入到涂层溶胶中进行提拉镀膜处理，反复提拉镀膜2?7次;将提拉后的试样立即干燥，待涂层溶胶完全固化后取出，再置于马弗炉中进行退火热处理后，得到Co掺杂ZnO涂层。
[0009]上述方案中，步骤(I)所述Co盐在金属盐中所占的摩尔比为3%?8%。
[0010]上述方案中，步骤(I)所述金属盐溶液中金属盐的浓度为0.317mol/L?0.475mol/L0
[0011]上述方案中，以Imol金属盐为基准，步骤(2)所述三乙醇胺的用量为236.593ml?315.591mlo
[0012]上述方案中，步骤(2)所述pH值为5?6.5，所述涂层溶胶的粘度为15?25s。
[0013]上述方案中，步骤(3)所述试样表面处理的过程为:40?70°C乙醇超声清洗30min?60min，40?70°C丙酮超声清洗30min?60min，20°C?30°C乙酸超声清洗30min?40min。
[0014]上述方案中，步骤(3)所述提拉镀膜处理的工艺为:浸渍时间为5s，提拉速度为50mm/min?60mm/mino
[0015]上述方案中，步骤(3)所述退火热处理的工艺为:升温速度为6°C/min，热处理温度为350°C?550°C，热处理时间为120min。
[0016]上述方案中，步骤(3)所述干燥的温度为120°C?150°C，时间为40?60min。
[0017]上述制备方法制备得到的Co掺杂ZnO反射涂层。
[0018]本发明的有益效果:
[0019](I)本发明采用溶胶-凝胶法制备涂层溶胶，然后通过浸渍提拉法镀膜大面积生长得到Co掺杂的ZnO涂层，所述Co掺杂的ZnO涂层的致密度高、均匀性好、纯度高，能够较好的阻断氧以及腐蚀性物质的侵入，保证涂层的使用功效与寿命；同时，所述Co掺杂的ZnO涂层还具有较高的红外反射率，在红外波段的反射率可以达到0.8以上；
[0020](2)本发明制备得到的Co掺杂ZnO涂层能够大大提高ZnO涂层的的耐高温性能，在高温环境下涂层不容易脱落，仍能保持较好的红外反射率；
[0021](3)本发明所述基于Co掺杂ZnO的耐高温高红外反射率涂层的制备工艺简单，生产周期短，适用于复杂、大型工件的批量生产，制备得到的Co掺杂的ZnO反射涂层可用作保温涂层，在红外波段反射率高，不易脱落，有较好的保温效果。
【附图说明】
[0022]图1为Co掺杂(3%)ZnO涂层的不锈钢试片(图1-A)与未掺杂的ZnO涂层不锈钢试片(图1-B)在750°C下保温2h的对比图。
[0023]图2为Co掺杂(3%)Zn0涂层不锈钢试片(350°C下保温2h)在2.5um?25um波段的反射率。
[0024]图3为未掺杂的ZnO涂层不锈钢试片(图3-A)与Co掺杂(6%)ZnO涂层的不锈钢试片(图3-B)在450°C下保温2h的对比图。
[0025]图4为Co掺杂(6%)Zn0涂层的不锈钢试片(图4-A)和未作处理不锈钢试片(图4-B)在750°C下保温2h的对比图。
[0026]图5为Co掺杂(6%)Zn0涂层的不锈钢试片(450°C下保温2h)在2.5um?25um波段的反射率。
[0027]图6为Co掺杂(8%)ZnO涂层的不锈钢试片(图6-A)与未掺杂的ZnO涂层不锈钢试片(图6-B)在750°C下保温2h的对比图。
[0028]图7为Co掺杂(8%)Zn0涂层的不锈钢试片(550°C下保温2h)在2.5um?25um波段的反射率。
【具体实施方式】
[0029]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0030]实施例1
[0031 ] 一种基于Co掺杂ZnO的耐高温高红外反射率涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0032](I)分别称取0.1457g Co(CH3COO)2.4H20、4.1705g C4H6O4Zn2(H2O)、量取3ml三乙醇胺、60ml乙醇，将称取好的Co(CH3COO)2.4H20和C4H6O4Zn2(H2O)加入乙醇中，制备成0.317mol/L金属溶液;将3ml三乙醇胺加入到上述溶液中，调节水浴锅温度为70°C，转子转速为120r/min，搅拌过程中逐滴加入浓度为0.5mol/L的氨水，调节溶液pH值到6.5，恒温搅拌3h，控制溶胶的粘度为15s，制备得到的溶胶采用密封静置48h;
[0033](2)制备反射涂层:50°C乙醇超声清洗30min，50°C丙酮超声清洗30min，30°C乙酸(稀释浓度为0.545mol/L)超声清洗30min，将清洗干净的不锈钢基片浸泡于乙醇溶液中备用；取清洁干净的不锈钢基片快速吹干后置于提拉机上方，以60mm/min的提拉速度浸入到Co掺杂ZnO溶胶中进行提拉镀膜，浸渍时间为5s，如此反复提拉7次;将提拉后的试样立即置于鼓风机干燥箱中150°C温度下干燥60min，选择中等风力，待溶胶完全固化后取出，放置于马弗炉中进行退火热处理，选择升温速度为6°C/min，热处理温度为450°C，热处理时间为120min，得到Co掺杂ZnO反射层。
[0034]通过附图1可以看到，本发明制备得到的Co掺杂(3%)ZnO反射涂层在750°C热处理下未见明显脱落，具备较好的镜面效果，未作处理的不锈钢试片表面出现氧化皮，有脱落现象，氧化皮四周有烧损痕迹，镜面效果差。通过附图2可以看到，本发明制备得到的Co掺杂(4% )ZnO反射涂层在2.5?25um波段的红外反射率可达到0.84左右。
[0035]实施例2
[0036]