一種彩色自潔淨鍍膜玻璃的製作方法

2023-12-07 18:33:36 1

專利名稱：一種彩色自潔淨鍍膜玻璃的製作方法
技術領域：
本發明屬於玻璃材料技術領域，具體地是涉及一種彩色自潔淨鍍膜玻璃。 技術背景在眾多的光催化材料中，二氧化鈦不但活性高，化學穩定性好，而且材料成本低，環境 友好，因而受到人們的高度重視，是目前應用最廣泛的納米光催化材料，也是最具有開發前 途的綠色環保型催化劑。在普通玻璃表面塗覆一層納米二氧化鈦薄膜，玻璃表面就具有了自清潔功能。玻璃的自 清潔功能，指在紫外線或可見光的激發下，玻璃具有超親水性。玻璃經水衝淋後，在玻璃表 面不會凝結水珠(或者說水珠與玻璃表面的接觸角很小)。另外，這種自潔淨玻璃還可能產生 殺滅細菌等功能。這對於建築物窗玻璃而言，這種自潔淨功能所產生的經濟和社會效益十分 明顯不但可節省大筆清潔費用，還可避免清潔劑對環境造成的汙染。超親水可防止玻璃表 面光散射水霧的形成，使得窗玻璃始終維持較高的透明度。自潔淨鍍膜玻璃在通常情況下是不帶顏色的。發明內容本發明的目的就是提供一種彩色的自潔淨鍍膜玻璃。 為實現以上目的，本發明採取了以下技術方案。本發明包括玻璃襯底、二氧化鈦薄膜和貴金屬納米粒子。在玻璃襯底的表面鍍有二氧化 鈦薄膜，貴金屬納米粒子摻入到二氧化鈦薄膜之中或沉積於二氧化鈦薄膜的界面上。所述貴金屬納米粒子以金屬單質的形式存在，形狀以球形為主，直徑在10nm 160咖之間。所述二氧化鈦薄膜可以是非摻雜的二氧化鈦薄膜，也可以是摻雜有其它金屬元素或非金 屬元素的二氧化鈦薄膜。所述貴金屬納米粒子選自金、銀、銅金屬納米粒子中的一種或多種的合金，優選為銀納 米粒子。研究表明，這些貴金屬納米粒子由於表面等離子體共振效應，在可見光下的激發下，可呈現出各種顏色。顏色與金屬納米粒子的大小和金屬納米粒子在電介質母體中的擔載量(或 填充因子)等因素有密切關係。調整這些參量，可實現玻璃顏色的改變。所述貴金屬納米粒子可以均勻地摻雜在二氧化鈦薄膜之中，也可以非均勻地摻雜在二氧 化鈦薄膜之中，還可沉積於二氧化鈦薄膜的上、下界面處，或以層狀的形式分布於二氧化鈦 薄膜之中。製備工藝上可採用物理沉積方法或化學沉積方法,採用現有技術。本發明可使二氧化鈦薄膜呈現出不同的顏色，使玻璃產生良好的視覺效果。這不但可使 建築物外表更加美觀，還有助於改善室內採光效果，同時可進一步提高氧化鈦自潔淨鍍膜玻 璃的商業價值。


圖l是本發明結構示意圖。圖2是製備樣品的透射電鏡圖，製備方式見實施例1。 附圖標記說明玻璃襯底l， 二氧化鈦薄膜2，貴金屬納米粒子3。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明內容做進一步說明，但本發明保護範圍不僅限於以下實施例， 凡是屬於本發明內容等同的技術方案，均屬於本專利的保護範圍。實施例1製備系統採用磁控濺射製備工藝。該磁控濺射系統包含一個過渡室和一個主濺射室(直 徑45 cm)。主濺射室與一個分子擴散泵連接，極限真空度為2.0X1(T6 Pa。濺射室有三個靶 位可供安裝三個直徑為2英寸的不同靶材。每個靶位以30。角度向上傾斜，可以共聚焦方式向 上共濺射或三靶獨立的方式向上濺射。樣品載臺可升溫至600。C以上並可在濺射過程中保持連 續轉動。襯底處理實驗中，襯底採用浮法玻璃片。襯底先後在無水酒精與丙酮中超聲清洗5分 鍾，晾乾後，固定在樣品載臺上後放入過渡真空室抽真空。IO分鐘後，通過磁力傳遞杆傳入 至濺射真空室。開啟襯底加熱系統，將浮法玻璃片加熱至400。C並保持恆定。製備條件Ti02膜的製備採用Ti02陶瓷靶(純度99.5%)，射頻濺射，射頻功率設定為160 W。金屬納米粒子的製備採用金屬Ag靶，射頻濺射，射頻功率設定為IO W。濺射氣體為Ar氣，流速30 sccm。製備方式採用Ti02靶與Au靶共濺射的方式，即Ti02與Ag同時濺射。透射電鏡測試結果表明Ag納米粒子以球形為主，直徑主要分布在10至30納米之間，且 均勻地分布在Ti(y莫層之中(見圖2)， Ag納米粒子在Ti02膜層中的擔載量約為18X。玻璃經日 光照射後，用水衝淋玻璃的膜面，膜面幾乎未出現水珠，說明玻璃具有了親水性，也即玻璃 具有了光催化自潔淨功能。由此製備的鍍膜玻璃顏色呈現淡綠色。 實施例2製備系統、襯底處理、製備方式同實施例l。製備條件Ti02的製備條件完全同實施例l， Ag的濺射功率提高到12W，以增加Ag納米粒 子在膜層中的擔載量(約為22%)。由此製備的鍍膜玻璃顏色呈現淺紫色。玻璃經日光照射後，膜面親水性良好。實施例3製備系統、襯底處理、製備方式同實施例l。製備條件Ti02的製備條件完全同實施例l， Ag的濺射功率提高到18 W，進一步增加Ag 納米粒子在膜層中的擔載量(約為43%)。 Ag納米粒子的直徑主要分布在70至160納米之間， 且均勻地分布在Ti02膜層之中由此製備的鍍膜玻璃顏色呈現紫紅色。玻璃經日光照射後，膜面親水性良好。實施例4製備系統與襯底處理同實施例2。製備條件Ti02的製備條件完全同實施例l。金屬納米粒子的製備採用金屬Au靶，射頻濺 射，射頻功率設定為30 W。濺射氣體為Ar氣，流速30 sccm。製備方式交錯打開與關閉Ti02靶與Au靶前的擋板，進行Ti02與Au交錯沉積。具體操作 如下先關閉Ti02靶的擋板，進行Au納米粒子沉積，濺射90秒鐘；之後，關閉Au靶的擋板， 打開Ti02靶的擋板，進行Ti02沉積，濺射60分鐘；然後關閉TiOjE的擋板，打開Au靶的擋板， 濺射90秒鐘；如此進行2次循環，形成的膜層結構是Ti02層/Au粒子/Ti02層/Au粒子/玻璃襯 底。此時， 一層Au納米粒子分布在Ti02的下界面處(與玻璃接觸)，另一層分布在TiOJI層的 中間。由此製備的鍍膜玻璃顏色呈現天藍色。玻璃經日光照射後，膜面親水性良好。實施例5製備系統與襯底處理同實施例2。製備條件Ti02的製備條件完全同實施例l，濺射功率設定160W，並保持不變。金屬納米 粒子的製備採用金屬Cu靶，射頻濺射。濺射氣體為Ar氣，流速30 sccm。製備方式採用Ti02靶與Cu靶共濺射的方式，即Ti02與Cu同時濺射，但製備過程分兩個 階段進行。第一階段，Cu靶濺射功率設定為lO W，與TiO2共同濺射40分鐘；第二階段，Cu靶 濺射功率設定為20 W,再與Ti02共同濺射40分鐘。通過這種製備方式，Cu納米粒子非均勻地 摻雜在Ti02膜層之中。由此製備的鍍膜玻璃顏色呈現深紅色。玻璃經日光照射後，膜面親水性良好。
權利要求
1.一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，包括玻璃襯底(1)、二氧化鈦薄膜(2)與貴金屬納米粒子(3)，在玻璃襯底(1)的表面鍍有二氧化鈦薄膜(2)與貴金屬納米粒子(3)，其特徵在於貴金屬納米粒子(3)以金屬單質的形式存在，形狀以球形為主，直徑在10nm～160nm之間，位於二氧化鈦薄膜(2)之中或界面處。
2. 根據權利要求1中所述的一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，其特徵在於所述貴金屬納米粒 子(3)均勻地摻雜在二氧化鈦薄膜(2)之中。
3. 根據權利要求1中所述的一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，其特徵在於貴金屬納米粒子(3) 非均勻地摻雜在二氧化鈦薄膜(2)之中。
4. 根據權利要求1中所述的一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，其特徵在於貴金屬納米粒子(3) 沉積於二氧化鈦薄膜(2)的界面處。
5. 根據權利要求1中所述的一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，其特徵在於貴金屬納米粒子(3) 層狀地分布於二氧化鈦薄膜(2)之中。
6. 根據權利要求1至5之一所述的一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，其特徵在於所述貴金屬 納米粒子(3)選自金、銀、銅金屬納米粒子中的一種或多種的合金。
7. 根據權利要求6所述的一種彩色自潔淨鍍膜玻璃，其特徵在於所述貴金屬納米粒子 為銀納米粒子。
全文摘要
本發明提供了一種彩色的自潔淨鍍膜玻璃，包括玻璃襯底(1)、二氧化鈦薄膜(2)與貴金屬納米粒子(3)。二氧化鈦薄膜沉積在玻璃襯底的表面，貴金屬納米粒子均勻或非均勻地摻雜在二氧化鈦膜層之中或界面處。所述貴金屬納米粒子主要是金、銀、銅等。它們摻入二氧化鈦中之後，可使薄膜呈現出不同的顏色，使玻璃產生良好的視覺效果。這不但可使建築物外表更加美觀，還有助於改善室內採光效果，同時可進一步提高氧化鈦自潔淨鍍膜玻璃的商業價值。
文檔編號C03C17/36GK101255019SQ20081009131
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月3日 優先權日2007年7月6日
發明者剛 徐, 徐雪青, 蕾 苗, 陳麗華, 黃春明 申請人:中國科學院廣州能源研究所