具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于節(jié)能和太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能窗技術(shù)是建筑和車用玻璃節(jié)能的重要方式，但現(xiàn)有的節(jié)能窗一般只具有調(diào)節(jié)太陽光熱透過的功能，無法和發(fā)電系統(tǒng)，尤其是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)用，功能單一，綜合能效較低。
[0003]常見的窗戶玻璃節(jié)能技術(shù)通常依賴玻璃表面膜層，該膜層可吸收、反射或者部分吸收部分反射太陽光，從而調(diào)節(jié)太陽光尤其是紅外區(qū)段的透過率，達到節(jié)能的目的。比較理想的節(jié)能窗包括采用電致、熱致和氣致等技術(shù)的智能窗。這些節(jié)能窗可分別通過外加電場、外界溫度或通入氣體改變光譜曲線，改變紅外區(qū)段的透過率。這些節(jié)能窗實現(xiàn)節(jié)能效果的材質(zhì)主要包括高分子(有機)、金屬和金屬氧化物及其混合物。金紅石相(R相)二氧化釩是一種具有熱致相變性質(zhì)的金屬氧化物。在68°C發(fā)生由低溫單斜相(M相)到高溫金紅石相(R相)的可逆相轉(zhuǎn)變。伴隨著這種結(jié)構(gòu)變化，其電導(dǎo)率、磁化率、光透過率等物理性質(zhì)都發(fā)生劇烈變化，使其在智能窗、熱敏電阻材料、紅外探測材料方面具有很好的應(yīng)用前景。
[0004]申請?zhí)枮镃N201110027223.3的中國發(fā)明專利公開了一種二氧化釩薄膜的制備方法，其包括如下步驟:1)將帶羥基的羧酸溶解于雙氧水中，并用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值大于7 ;然后加入硫酸氧釩，獲得反應(yīng)溶液，反應(yīng)完成后，加入有機溶劑，靜置，生成沉淀，分離沉淀，得到釩的過氧配合物；2)將步驟1)所得釩的過氧配合物和和添加劑溶解于水中形成水溶液，將所述水溶液鍍膜于襯底上，然后在惰性氣氛中經(jīng)熱處理后得到二氧化釩薄膜。但其采用的方法只能獲得連續(xù)、致密薄膜，與此結(jié)構(gòu)相關(guān)，薄膜的可見光透過率峰值通常低于70%，一般在40-60%，難以滿足其車前擋等對可見光透過率的高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型的目的是提供一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜。通過對薄膜的晶粒結(jié)構(gòu)調(diào)控和改變晶粒結(jié)構(gòu)，使呈非晶狀態(tài)的前驅(qū)物薄膜高度結(jié)晶，并在基板上形成單層排列的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，讓環(huán)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶狀態(tài)保證薄膜具有優(yōu)異的溫控相變特性(金屬-絕緣體相變);環(huán)狀結(jié)構(gòu)使薄膜具有規(guī)則多孔特征，大幅提高了可見光透過率。此外，單層排列以及多孔特征還使該薄膜具有自增透效應(yīng)，既減少了可見光反射率，還進一步增加了可見光透過率。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜包括基板和覆蓋在基板上的氧化物結(jié)晶晶粒；所述氧化物結(jié)晶晶粒具有金屬-絕緣體相變的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該氧化物結(jié)晶晶粒呈規(guī)則的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氧化物結(jié)晶晶粒覆蓋在所述基板上形成連續(xù)的氧化物薄膜，其中氧化物結(jié)晶晶粒的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為30-3000 納米。
[0007]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述氧化物結(jié)晶晶粒為二氧化釩結(jié)晶晶粒。
[0008]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述形成的連續(xù)的氧化物薄膜厚度小于400納米。
[0009]更進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述形成的連續(xù)的氧化物薄膜厚度小于100納米。
[0010]本實用新型的再一目的是提供一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的制備方法，其包括以下步驟:
[0011]步驟A、基板預(yù)處理
[0012]A1，首先將基板洗凈后烘干；
[0013]A2，再配置含有娃燒的表面活性劑的甲苯溶液，其中娃燒含量為0.5-5% ；
[0014]A3，將基板浸泡在上述甲苯溶液中靜置一段時間后取出洗凈，在120攝氏度的溫度條件下烘干1-30分鐘，將鏤空掩模放置在基板上，經(jīng)紫外線照射一定時間后形成圖案化結(jié)構(gòu)后備用；
[0015]步驟B、涂布液制作
[0016]B1，將二氧化釩晶粒分散成水性或有機性的懸浮溶液；
[0017]B2，向上述懸浮溶液中加入具有粘結(jié)作用的高分子分散劑或者無機溶膠，即制得涂布液；
[0018]步驟C、制膜
[0019]采用旋涂、刮涂、噴涂或印刷工藝在基板上涂覆上一層上述涂布液，烘干后，即制得薄膜。
[0020]所述步驟A中靜置的時間小于2小時。
[0021 ] 所述步驟A3中的烘干時間小于10分鐘。
[0022]所述步驟A3中的紫外線照射時間小于1小時，且紫外線波長小于254納米。
[0023]所述基板采用建筑玻璃；所述二氧化釩晶粒為摻雜性二氧化釩晶粒，摻雜離子為W、Mo、T1、Mg、F中的一種或多種；所述含有硅烷的表面活性劑為十八烷基三氯硅烷。
[0024]本實用新型的還一目的是提供一種上述具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的應(yīng)用，該應(yīng)用為將該多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜用于制作建筑節(jié)能窗、移動運輸工具的窗戶、遮陽頂棚等太陽能節(jié)能產(chǎn)品。
[0025]采用以上技術(shù)方案，本實用新型的具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜解決了現(xiàn)有節(jié)能發(fā)電薄膜的光電轉(zhuǎn)化效率低，節(jié)能效果不好等問題。
[0026]本實用新型的具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜與現(xiàn)有技術(shù)中的致密薄膜相比具有超高可見光透過率，峰值超過90%，最高達到97% ;同時，該薄膜具有溫度控制的太陽紅外光調(diào)節(jié)特性。高低溫透過太陽能變化率大于4%。
[0027]本實用新型的薄膜與現(xiàn)有的智能窗相比，還具有以下優(yōu)點:
[0028]1.可見光透過率高，甚至比現(xiàn)有智能窗的基板透明性更好；
[0029]2.其結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和產(chǎn)業(yè)化。
【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型實施例1中制得的具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0031]圖2是實施例1中本實用新型具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的制備方法所用的掩模的表面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是本實用新型實施例1中具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的紫外-可見-近紅外光譜。
【具體實施方式】
[0033]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合具體實例，對本實用新型進一步詳細說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。
[0034]實施例1:
[0035]如圖1至圖3所示，一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的制備方法，其包括以下步驟:
[0036]步驟A、基板預(yù)處理
[0037]A1，首先將基板(基板采用建筑玻璃)洗凈后烘干；
[0038]A2，再配置含有硅烷的表面活性劑(本實施例的表面活性劑為十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液，其中硅烷含量為0.5-5% ;
[0039]A3，將基板浸泡在上述甲苯溶液中靜置一段時間(靜置的時間小于2小時)后取出洗凈，在120攝氏度的溫度條件下烘干1-30分鐘(優(yōu)選烘干時間小于10分鐘)，將如圖2所示的鏤空掩模放置在基板上，經(jīng)紫外線(紫外線波長小于254納米)照射一定時間(照射時間小于1小時)后形成圖案化結(jié)構(gòu)后備用；
[0040]步驟B、涂布液制作
[0041 ] B1，將二氧化釩晶粒分散成水性或有機性的懸浮溶液；
[0042]B2，向上述懸浮溶液中加入具有粘結(jié)作用的高分子分散劑或者無機溶膠，即制得涂布液；
[0043]步驟C、制膜
[0044]采用旋涂、刮涂、噴涂或印刷工藝在基板上涂覆上一層上述涂布液，烘干后，即制得薄膜。
[0045]上述制得的具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括基板1和覆蓋在基板1上的二氧化釩結(jié)晶晶粒2 ;所述二氧化釩結(jié)晶晶粒2具有金屬-絕緣體相變的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該二氧化釩結(jié)晶晶粒2呈規(guī)則的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且環(huán)狀結(jié)構(gòu)的二氧化釩結(jié)晶晶粒2覆蓋在所述基板1上形成連續(xù)的氧化物薄膜3，其中二氧化釩結(jié)晶晶粒2的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為30-3000納米，氧化物薄膜3厚度小于400納米(在本實施例中氧化物薄膜3厚度小于100納米)。所述氧化物薄膜3的截面結(jié)構(gòu)和圖2所示的掩膜結(jié)構(gòu)相同。
[0046]如圖3所示的具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的紫外-可見-近紅外光譜可知道，該氧化物薄I旲具有超尚可見光透過率，峰值超過90%，最尚達到97%。
[0047]實施例2，實施例2與實施例1基本相同，不同之處為所述基板1采用藍寶石；所述二氧化釩晶粒2為摻雜性二氧化釩晶粒，摻雜離子為W、Mo、T1、Mg、F中的一種或多種。
[0048]應(yīng)當理解的是，本實用新型的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構(gòu)成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的思想和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。此外，本實用新型所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改。
【主權(quán)項】
1.一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，其特征在于:其包括基板和覆蓋在基板上的氧化物結(jié)晶晶粒；所述氧化物結(jié)晶晶粒具有金屬-絕緣體相變的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該氧化物結(jié)晶晶粒呈規(guī)則的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氧化物結(jié)晶晶粒覆蓋在所述基板上形成連續(xù)的氧化物薄膜，其中氧化物結(jié)晶晶粒的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為30-3000納米。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，其特征在于:所述氧化物結(jié)晶晶粒為一■氧化I凡結(jié)晶晶粒。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，其特征在于:所述形成的連續(xù)的氧化物薄膜厚度小于400納米。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，其特征在于:所述形成的連續(xù)的氧化物薄膜厚度小于100納米。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜,其包括基板和覆蓋在基板上的氧化物結(jié)晶晶粒；所述氧化物結(jié)晶晶粒具有金屬-絕緣體相變的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該氧化物結(jié)晶晶粒呈規(guī)則的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氧化物結(jié)晶晶粒覆蓋在所述基板上形成連續(xù)的氧化物薄膜，其中氧化物結(jié)晶晶粒的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為30-3000納米。該多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜可以用于制作建筑節(jié)能窗、移動運輸工具的窗戶、遮陽頂棚等方面。該氧化物薄膜具有超高可見光透過率，峰值超過90%，最高達到97%。同時，多孔結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜具有溫度控制的太陽紅外光調(diào)節(jié)特性，其高低溫透過太陽能變化率大于4%。
【IPC分類】C03C17/25
【公開號】CN205011641
【申請?zhí)枴緾N201520593779
【發(fā)明人】高彥峰
【申請人】瀛石（上海）實業(yè)有限公司, 南京協(xié)合新材料科技有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年8月7日