专利名称：一种可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可弯曲的透明高导电红外反射薄膜及其制备方法。
背景技术：
与玻璃衬底相比，有机聚合物衬底存在不少的缺点热阻低，机械强度低，热膨胀 系数高，很容易吸收水气。故目前，国内和国际上报道的镀有近红外反射掺Ga的n型Zn0 薄膜所用的衬底是玻璃，然而有机衬底透明导电膜不但具有玻璃衬底透明导电膜的光电特 性，而且具有质量轻、可折叠、不易碎、易于大面积生产、便于运输及成本低等优点，可应用 于不易碎的可折叠热反射镜，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚，这为开发柔性全 透明器件提供了 一种新的思路。
发明内容
本发明的目的是提供一种可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜及其制备方法。
本发明的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜，在衬底上依次沉积有起缓冲作用 的Zn0膜层和Ga掺杂的n型Zn0膜层，衬底是有机聚合物，起缓冲作用的Zn0膜层为未掺 杂的n型ZnO薄膜。 上述的有机聚合物可以是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酩(PC)、有机玻璃 (P匿A)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。 可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的制备方法，包括以下步骤 1)称量纯的Zn0粉末，球磨后压制成型，然后在120(TC温度下烧结，制得纯的ZnO
陶瓷靶； 2)称量纯的ZnO和Ga203粉末，其中Ga摩尔百分含量为4% ，，将上述粉末球磨混
合均匀、压制成型，然后在120(TC温度下烧结，制得掺Ga的ZnO陶瓷靶； 3)采用射频磁控溅射法，以纯的ZnO陶瓷靶为靶材，在有机聚合物衬底上沉积一
层未掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持为4 6cm，生长室真空
度至少抽至3X10—卞a，生长室通入纯氩气和纯氧气中的一种或者这两种的混合气体，控制
压强为0. 1 3. OPa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，溅射功率100W 300W ; 4)采用射频磁控溅射法，以掺Ga的ZnO陶瓷耙为耙材，在步骤3)的未掺杂的n
型ZnO薄膜上再沉积一层Ga掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持
为4 6cm，生长室真空度至少抽至3 X 10—3Pa，生长室通入纯氩气和纯氧气中的一种或者这
两种的混合气体，控制压强为0. 1 3. OPa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，溅射功率100W
300W。 上述纯氩气的纯度为99. 99%以上，纯氧气的纯度为99. 99%以上。2!10和63203粉 末的纯度均为99. 99%以上。 可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜中ZnO膜层的厚度和掺Ga的n型ZnO膜层 的厚度均可由沉积时间来决定。
本发明的优点是 1)制备方法简单，可在室温下生长，本发明的透明导电膜电学性能优异，方块电阻 为5 10Q/sq。 2)本发明的透明导电膜，在近红外光区域(1500nm 2500nm)，具有很低的透射 率，低于5%。 3)由于ZnO与掺Ga的ZnO的晶格匹配，引入ZnO作为缓冲层可以使得有机衬底表
面更光滑，减少对水气的吸收，减少由于衬底和ZnO薄膜的失配所引起的缺陷。 4)本发明的透明导电膜，采用柔性衬底，具有质量轻、可折叠、不易碎、易于大面积
生产、便于运输及成本低等优点，可应用于不易碎的可折叠热反射镜，还可作为透明隔热保
温材料用于塑料大棚。
图1是透明导电膜结构示意图。
图2是薄膜的光学透射谱。
具体实施例方式
以下结合附图及具体实例进一步说明本发明。 参照图l，本发明的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜在衬底1上依次沉积有 起缓冲作用的ZnO膜层2和Ga掺杂的n型ZnO膜层3，衬底是有机聚合物，起缓冲作用的 ZnO膜层为未掺杂的n型ZnO薄膜。
实施例1 : 可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的制备方法，包括以下步骤
1)称量纯度99. 99%的ZnO粉末，将称量好的ZnO粉末倒入装有玛瑙球的球磨罐 中，在球磨机上球磨24个小时，在一定程度上细化。然后取出烘干，添加粘结剂研磨，压制 成型。把成型的胚体放入烧结炉中，经低温(400°C )排素，使粘结剂挥发，再升温至1200°C 烧结4个小时，得到纯的ZnO陶瓷靶。 2)称量纯度99. 99X的ZnO和GaA粉末，其中Ga的摩尔百分含量为4X，Mg摩尔 百分含量为5%。将称量好的ZnO和Ga203粉末倒入装有玛瑙球的球磨罐中，在球磨机上球 磨24个小时，目的是让粉末混合均匀并在一定程度上细化。然后取出烘干，添加粘结剂研 磨，压制成型。把成型的胚体放入烧结炉中，经低温(400°C )排素，使粘结剂挥发，再升温至 120(TC烧结4个小时，得到掺Ga的ZnO陶瓷靶。 3)将PC衬底经过清洗后固定在样品托盘上，放入反应真空室。将纯的ZnO陶瓷靶 装在靶材架上，然后嵌入磁控溅射装置的靶头上。调节衬底和靶材的距离为6cm，将挡板置 于衬底和靶材之间。生长室真空度抽至3X10—3Pa，生长室通入纯氩气，控制压强为l.OPa， 在200W的功率开始溅射，溅射时间为10min，得到厚度约25nm的未掺杂的n型ZnO薄膜。
4)取下纯ZnO陶瓷靶，将掺Ga的ZnO陶瓷靶装在靶材架上，然后嵌入磁控溅射装 置的靶头上。靶材与衬底之间的距离保持为6cm，将挡板置于衬底和靶材之间。生长室真空 度抽至3 X 10—3Pa，生长室通入纯氩气，控制压强为0. 14Pa，在300W的功率开始溅射，溅射时 间为60min，得到厚度约为800nm的掺Ga的n型ZnO薄膜。
所有磁控溅射沉积过程均是在室温下进行的。本例制得的可弯曲的透明高导 电近红外反射薄膜的方块电阻为5Q/sq，在可见光区域平均透射率高于85X，近红外光 (1500nm 2500nm)透射率小于3% ，薄膜的光学透射谱如图2所示。器件可弯曲120°且
性能保持稳定。
实施例2 : 制备步骤同实施例1，所不同的是衬底是PET，未掺杂的n型ZnO薄膜的厚度为 50nm，掺Ga的n型ZnO膜层的厚度为700nm。制备未掺杂的n型ZnO薄膜时，Ar : 02 = 9 : 1。本例制得的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的方块电阻为7Q/sq，在可见光区 域平均透射率高于80%，近红外光(1500nm 2500nm)透射率小于5%，器件可弯曲90°且
性能保持稳定。
实施例3: 制备步骤同实施例l，所不同的是衬底是PMMA，未掺杂的n型ZnO薄膜的厚度为 80nm，掺Ga的n型ZnO膜层的厚度为650nm。制备未掺杂的n型ZnO薄膜时，Ar : 02 = 7 : 3。本例制得的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的方块电阻为10Q/sq，在可见光 区域平均透射率高于80%，近红外光(1500nm 2500nm)透射率小于7%，器件可弯曲80° 且性能保持稳定。
权利要求
一种可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜，其特征是在衬底(1)上依次沉积有起缓冲作用的ZnO膜层(2)和掺Ga的n型ZnO膜层(3)，衬底是有机聚合物，起缓冲作用的ZnO膜层是未掺杂的n型ZnO薄膜。
2. 根据权利要求1所述的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜，其特征在于有机聚合 物是聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酩、有机玻璃或聚萘二甲酸乙二醇酯。
3. 制备权利要求1所述的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的方法，其特征在于包 括以下步骤1) 称量纯的ZnO粉末，球磨后压制成型，然后在120(TC温度下烧结，制得纯的ZnO陶瓷靶；2) 称量纯的ZnO和Ga203粉末，其中Ga摩尔百分含量为4% ，，将上述粉末球磨混合均 匀、压制成型，然后在120(TC温度下烧结，制得掺Ga的ZnO陶瓷靶；3) 采用射频磁控溅射法，以纯的ZnO陶瓷靶为靶材，在有机聚合物衬底上沉积一层未 掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持为4 6cm，生长室真空度至 少抽至3X10—卞a，生长室通入纯氩气和纯氧气中的一种或者这两种的混合气体，控制压强 为0. 1 3. OPa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，溅射功率100W 300W ;4) 采用射频磁控溅射法，以掺Ga的ZnO陶瓷靶为靶材，在步骤3)的未掺杂的n型ZnO 薄膜上再沉积一层Ga掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持为4 6cm，生长室真空度至少抽至3X10—卞a，生长室通入纯氩气和纯氧气中的一种或者这两种的 混合气体，控制压强为0. 1 3. 0Pa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，溅射功率100W 300W。
4. 根据权利要求3所述的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的制备方法，其特征在 于纯氩气的纯度为99. 99%以上，纯氧气的纯度为99. 99%以上。
5. 根据权利要求3所述的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜的制备方法，其特征在 于ZnO和Ga203粉末的纯度均为99. 99%以上。
全文摘要
本发明公开的可弯曲的透明高导电近红外反射薄膜，在有机聚合物衬底上依次沉积有起缓冲作用的未掺杂的n型ZnO薄膜和Ga掺杂的n型ZnO薄膜。采用磁控溅射法制备，方法简单，本发明的透明导电膜电学性能优异，方块电阻为5～10Ω/sq，近红外反射膜层在近红外光区域(1500nm～2500nm)的透射率低于7％，已达到近红外高反射率薄膜的技术要求，在遮阳型红外反射上有巨大的应用。有机衬底导电薄膜具有质量轻、可折叠、不易碎、易于大面积生产、便于运输及成本低等优点，可应用于不易碎的热反射镜，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚。
文档编号C23C14/35GK101718882SQ20091015498
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者叶志镇, 吕建国, 龚丽 申请人:浙江大学