[发明专利]一种高热稳定性透明导电薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明导电薄膜及其制备方法，其薄膜可用于汽车玻璃，建筑物玻璃，展示柜玻璃，飞机驾驶室玻璃，火车驾驶室玻璃。

背景技术

电加热玻璃通常也叫电加温玻璃，是一种通电后能发热升温的夹层玻璃制品，分为电阻丝电加热玻璃和薄膜电加热玻璃。涉及电阻丝电加热玻璃的专利包括：CN201039504Y、CN201039503Y、CN201156830Y、CN201904931U、CN201491304U、CN2181662Y等等。电阻丝电加热玻璃也能够达到除雾霜的效果，但是由于电阻丝为不透明金属丝且无法覆盖整个玻璃表面，导致导电加热玻璃的透明度降低和加热不均匀。涉及薄膜电加热玻璃的专利包括：CN101962270A、CN2104776U、CN20159336U、CN1277162A等等，薄膜电加热玻璃可以克服电阻丝电加热玻璃的缺点，同时引入了新的缺点。大部分电加热薄膜生产工艺复杂、成本高、薄膜容易老化、使用寿命短。专利CN1277162A公开了一种氧化铟-锡薄膜电加热玻璃的制作方法。铟是一种稀有金属，价格昂贵且具有一定毒性，因此不利于实现工业生产。

研究发现镓掺杂能在有效降低氧化锌薄膜电阻率的同时提高其热稳定性，例如Asvarov等人研究了镓掺杂含量为3at.％氧化锌薄膜的热稳定性，薄膜的电阻率为3.8×10^-4Ω·m，耐热温度350℃(A.Asvarov et al.Physica Status Solidi C7，2010，6：1553-1555)；又如有科研者研究了镓掺杂含量为4.9at.％时，薄膜的耐热温度可提高至500℃(J.L.Zhao et al.Optical Materials，2011，33：768-772)。然而，镓是一种贵金属元素，当作为单一的掺杂元素时，掺杂量一般在2at.％左右，降低其掺杂含量虽然可以降低成本，但是薄膜电阻率也会同时增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透明导电薄膜，是第III主族元素中的一种和镓共掺杂的氧化锌透明导电薄膜。本发明的上述透明导电薄膜中，薄膜中镓的掺杂是为了提高薄膜的热稳定性和导电性。少量镓掺杂可有效提高氧化锌薄膜的热稳定性，从而延长其使用寿命。然而镓是一种贵金属元素，价格相对其他普通金属较高。采用第III主族元素的一种进行共掺杂，目的是进一步降低生产成本同时保证薄膜的热稳定性和导电性。所述的第III主族元素为B，Al或In。而少量镓元素可保证薄膜的热稳定性，其他掺杂元素可保证薄膜的导电性。如实际应用要求薄膜具有较高的热稳定性，此时可适当提高薄膜中镓的掺杂含量降低其他共掺杂元素的掺杂含量；如实际应用要求薄膜具有较低的电阻率而对耐热温度没有太高要求，此时可适当降低薄膜中镓的掺杂含量同时提高其他共掺杂元素的掺杂含量，因此，第III主族元素中的一种和镓共掺杂总含量为0.5～5at.％；镓掺杂含量至少为0.5at.％。本发明中“at.％”表示的是原子百分比。

上述所述的薄膜的电阻率为10^-210^-4Ω·m，耐热温度为300～600℃。

本发明的另一目的在于提高上述透明导电薄膜的制备方法，可通过溶胶-凝胶法，电子束蒸发发或磁控溅射法制备；而本发明提供的是电子束蒸发优选工艺参数；所述的电子束蒸发法的步骤：

①将氧化锌，氧化镓和第III主族元素的氧化物中的一种混合，压制烧结得到陶瓷靶；其中，镓和第III主族元素中的一种共掺杂含量为0.5～5at.％；

②清洗并安装基片，在10^-3Pa，250℃，2转/min下通入氩气和氧气的混合气体，开始蒸镀；所述的蒸镀在高压为6kV，电子束流为30mA，蒸镀时间为30min下进行。

本发明的再一目的在于提供所述的透明导电薄膜在电加热玻璃中的应用。

制备出的玻璃可用于汽车玻璃，建筑物玻璃，展示柜玻璃，飞机驾驶室玻璃，火车驾驶室玻璃等领域。

本发明具有以下优点：

①本发明的薄膜在保证薄膜热稳定性(＞300℃)和电阻率(＜10^-2Ω·m)的同时降低了生产成本；

②此薄膜具有镓掺杂浓度低、热稳定性高、抗老化能力强、使用寿命长、原材料价格低廉等优点。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

电子束蒸发制备铝+镓共掺杂氧化锌薄膜：