溶膠-凝膠法制備SnO2：Sb光學薄膜

黃偉勝

（廣東河源萬峰陶瓷有限公司，廣東河源528061）

0引言

摻雜SnO2薄膜是一種極具應用價值和潛力的薄膜材料，由于同時具有良好的光透過性和導電特性，它在建筑玻璃、液晶顯示器、透明電極以及太陽能利用等領域得到了廣泛的應用[1]。摻雜SnO2薄膜涂覆在普通窗玻璃表面即制得了我們通常所說的低輻射玻璃，此類玻璃在保證充足陽光透射到室內的同時還能有效阻擋近紅外熱輻射，從而具有優異的節能效果。近年來，此類玻璃得到了大力推廣[2]。本實驗以廉價的無機金屬鹽為原料，用溶膠-凝膠法制備了透光性（紫外、可見光范圍）較好，又具有一定導電性能的摻銻與不摻銻的SnO2鍍膜玻璃。

1 實驗過程

1.1 樣品制備

將清洗干凈的玻璃片放入配制好的摻雜銻的錫溶膠中，浸泡2m in，以3cm/m in的提拉速度將玻片平穩拉上來，玻璃兩面均粘附一層液膜。然后將鍍膜后的玻片移入馬弗爐在100℃干燥30m in，再以3℃/min的升溫速率升溫，250℃保溫，以5℃/min的升溫速率升至最高燒成溫度，冷卻后即得所需要的樣品[3，4]。

1.2 性能測試

膜的附著力和刻劃硬度用膠帶紙和不同硬度（H1-H6）的鉛筆；物相分析用日本理學D/max-3c自動X-射線衍射儀；透光率由721-分光光度計和日本UV-265FW紫外可見光分光光度計進行測試。

2 測試結果分析及討論

2.1 附著力

用膠帶紙粘附在膜層表面緩慢剝下，無膜脫落，膜與玻璃基片的附著力良好。

2.2 刻劃硬度

用恒定的力依次用H1-H6鉛筆刻劃膜面后放在顯微鏡下觀察，發現鉛筆硬度越大，熱處理溫度越低，保溫時間越短，膜的劃刻越明顯。相反膜的硬度越大[2]。

2.3 透光率

膜的組成見表1。

2.3.1 單層膜中，不同條件下的透光率

表1 膜的組成（w t％）Tab.1 Film com position（w t％）

圖1 不同組成、相同燒成溫度的可見光透過率曲線Fig.1 Visible light transm ission curves for films of different com positions sintered at the same tem perature

在單層膜中，分別以不同組成，相同燒成溫度；相同組成，燒成溫度，不同保溫時間；相同組成，保溫時間，不同燒成溫度的情況下測其膜的透光曲線，如圖1、圖2、圖3所示。

圖2 相同燒成溫度、不同保溫時間的可見光透過率曲線Fig.2 Visible light transm ission curves for film s sintered at the same tem perature butw ith different holding times

圖3 相同組成保溫時間、不同燒成溫度的可見光透光率曲線Fig.3 Visible light transm ission curves for film s of the same composition sintered at different temperatures w ith the same holding tim

圖4 相同組成，相同燒成溫度，不同層數膜的紫外可見光透過曲線Fig.4 Ultraviolet-visible light transm ission curves for different film layers of the same com position sintered at the same tem perature

圖5 燒成制度相同，不同組成的XRD圖Fig.5 XRD patterns for films of different compositions under the same sintering schedule

由圖1分析可以看出，當保溫時間為60min，熱處理溫度為450℃時，不摻雜膜的透過率比d樣大，比a、b樣的低，即隨著Sb2O3摻入量增加時，透過率先增加后降低，說明適當的摻雜量可改善膜的結構，使膜性能變好，摻雜量過大，影響可見光的透光率[5]。

由圖2分析可以看出，膜的可見光透過率隨保溫時間的增加而升高。

由圖3分析可以看出，膜的可見光透過率隨著燒成溫度的提高而降低。

2.3.2 不同層數膜在相同條件下的紫外可見光透光率

相同組成，相同燒成溫度，不同層數膜的紫外可見光透過曲線測試如圖4所示。

由圖4分析可知，單面涂覆多層膜（最多5層）后，膜在可見光波段、近紅外波段（760nm～900nm），其透過率均在75％以上，膜層越多，總體上來講它在（380nm～900nm）波段內平均透過率越低，但下降趨勢不大；涂覆多層膜與普通白玻片相比，在380nm即近紫外波段透過率急劇減小，在波長小于300nm的波段內對紫外光截止；普通白玻片與涂覆1層、2層、3層膜在380nm附近均有一小谷，即透過率略下降后又回升，而4層、5層基本上沒有這種現象，可能是涂覆多層膜（4層以上）后膜厚抵消了玻璃基板在380nm附近對光的選擇性吸收；隨著膜厚增大，在900nm的透過率依次呈減小趨勢[2]。2.4 X-射線衍射圖分析

圖5為燒成制度相同，不同組成的XRD圖。圖5中1為Sn/Sb＝7的XRD圖；2為Sn/Sb＝5的XRD圖；3為純Sn的XRD圖；4為Sn/Sb＝3的XRD圖。

由圖中可看出不同摻雜量的薄膜均為四方金紅石結構，摻雜量不同衍射峰寬度有所不同，Sn/Sb=5時衍峰圖最好，說明適量的摻雜可使薄膜結晶度提高，摻雜量過大或過小均會使薄膜中晶粒結晶度變差[2]。

3 結論

（1）利用溶膠-凝膠浸漬法可制得光學性能優異的導電SnO2∶Sb薄膜；

（2）所制得的薄膜具有一定的刻劃硬度，薄膜屬硬質膜；

（3）適量的銻鹽摻雜可改善薄膜的光學性質。

1趙慧峰，周敖，羅伍文.溶膠-凝膠方法在玻璃表面制備ATO薄膜過程中Na+離子擴散的研究.硅酸鹽通報，1999，32（3）：40～42

2H.K.普爾克爾.玻璃鍍膜（第一版）.北京：科學出版社，1988

3張紅，李越.低輻射鍍膜玻璃的膜系結構及其特征.玻璃，2000，27（3）：39～41

4劉書君.溶膠-凝膠法制備SnO2光學薄膜.硅酸鹽通報，1997，32（5）：39～42

5張兆艷，謝于深.用溶膠-凝膠法制備Sn（Sb）氧化物膜.技術報告，1992，4