[发明专利]一种二氧化钒薄膜在玻璃上的低温沉积方法

说明书

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，尤其是涉及一种二氧化钒薄膜在玻璃衬底上的低温沉积方法。

技术背景

据统计，我国建筑能耗在社会总能耗中已达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已给我们敲响了警钟。当前，建筑节能已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。

智能玻璃的实现可有多种方式。这些智能玻璃主要依靠沉积在窗玻璃上的薄膜，在某些物理因素(如光、电或热)激发下使薄膜的光学性质发生改变，从而实现对太阳能辐照的调节。薄膜光学性质的改变叫变色。变色机理可分为电致变色(电敏)、热致变色(热敏)、气致变色(气敏)以及光致变色(光敏)等等。基于这些变色机理的智能玻璃均可实现对太阳光不同程度的调节，但各有利弊。譬如，电致变色可从高透过率连续地变化至低透过率，开关效率较高，但制作工艺复杂且需要电源供压，系统成本较高，目前只小规模应用在高档汽车玻璃上；光致变色可简单地通过光照来改变光学性能(如太阳镜)，但目前还不能适用于浮法玻璃生产工艺，如果起变色作用的是有机塑料层，材料的耐久性又是个问题；气致变色节能玻璃是当前研究的一个热点，这种节能窗可通过氢气氩气混合气体来实现变色，最大利点是它可与太阳能制氢技术结合，但另一方面，制氢装置和窗户高的气密性要求又大大限制了它的应用；对于热致变色，目前市面上已开发出了若干产品，如墨水、颜料、安全设备、温度指示器等等，在智能玻璃方面，有的公司已开发出热敏聚合物，有一定效果，但聚合物的耐久性依然是一个有待克服的难题。

二氧化钒(VO₂)是一种典型的热色相变材料，块体相变温度68℃。低于此温度，它呈半导体特性，中等透明；高于68℃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。同时，在制备工艺上，VO₂高的沉积温度(一般高于500℃)将是该种智能玻璃产业化的一个严重障碍。高温一方面会导致高的电耗，增加制备成本，另一方面对制备系统也提出了更多的要求，增加了产业化难度。因而，降低VO₂的沉积温度是该种智能玻璃产业化过程中需要解决的一个重要问题。本专利根据VO₂薄膜成膜机理与热力学原理，提出了一种二氧化钒薄膜低温沉积方法。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

本发明的目的在于利用晶体生长的模板诱导作用原理，提供一种二氧化钒薄膜在玻璃衬底上的低温沉积方法。

本发明依次包括如下步骤：(a)玻璃衬底的清洗与预处理；(b)制备二氧化硅扩散阻隔层；(c)制备金属氧化物缓冲层；(d)制备二氧化钒热色层。

所述二氧化硅扩散阻挡层可在高温条件下(高于200℃)，防止玻璃衬底中杂质离子向金属氧化物缓冲层和二氧化钒热色薄膜层中扩散，形成不可控制的离子掺杂，最终导致热色层成膜质量劣化，影响二氧化钒的热色性能。扩散阻挡层材料以二氧化硅为最佳。二氧化硅在具有高温下稳定，易成膜，成本低等优点。