[发明专利]纳米硅复合碳镀膜玻璃及其快速反应在线制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合镀膜玻璃的制备技术及其应用领域，特别地，涉及一种纳米硅复合碳镀膜玻璃及其快速反应在线制备方法。

背景技术

现有镀膜玻璃的制备方法可分为两大类：一种是离线镀膜，如真空蒸发、直流溅射、射频溅射、磁控溅射、离子束溅射和离子镀等，这种方法是将成品玻璃经裁切后进行镀膜，相对耗能高、操作复杂、成本高；另一种是在线镀膜，如化学气相沉积(CVD)技术，这种方法可直接在玻璃浮法生产线上镀膜。利用在线镀膜技术制备阳光控制节能镀膜玻璃，较为成熟的工艺主要是利用硅烷为主要原料气体在浮法玻璃生产线的锡槽中通过化学气相沉积过程实现在玻璃表面的镀膜。由于这种镀膜直接在高温的锡槽中进行，镀膜时玻璃的温度还没有下降，也即直接利用了玻璃生产中的热能，因而大大节约了能源。早年Pilkington、PPG、Glaverbel等国际大公司都采用了这种技术。

然而，早年所制备的这类薄膜，通常获得的大都为非晶态结构。而非晶态的硅薄膜，一方面，由于其结构相对疏松，且内部存在较多的悬挂键，因而薄膜层内很容易有离子扩散进入，包括玻璃内部及薄膜外部的离子容易扩散进入薄膜层，这会造成薄膜的光学性能随使用发生不断改变和耐腐蚀性能下降；另一方面，非晶态硅薄膜具有相对较高的可见光吸收率(105cm-1)，而对近红外光吸收相对较弱，但作为一种节能玻璃，考虑到大部分的热能来自于红外光，因而这种薄膜除了起到降低可见光透过以外，对红外光部分的阻挡效果并不明显，也即其节能效果并不优秀。

自纳米半导体材料研究开展以来，纳米硅薄膜一直是人们关注的热点。到目前其宏观结构已比较清楚，一些纳米量级的微小晶粒随机堆积而成，而小晶粒间有一定尺度的晶粒间界。材料中纳米晶态成分占体积的50％，而大量的晶粒间界有几个原子层厚度。由于晶粒是无规分布，使大量的界面具有各种不同的结构和键合。由于晶界的存在产生了势垒，使得能带带尾态形成不连续的间隔，电子在势阱中的能量分布由三条禁带和两条允带构成。相对于单晶而言，可允许较大能量的光子通过，因而量子光学能隙大于晶态硅(Eg＝1.12ev)，但小于非晶硅薄膜(Eg＝1.8~2.0ev)。其可见光部分的吸收系数几乎与非晶硅相同外，在近红外区的光吸收系数则明显比非晶硅要高。再则，纳米硅薄膜由于在薄膜中形成了大量的纳米晶，薄膜的结构特性得到了大大的改善，相比非晶硅薄膜其缺陷大大下降。

通常纳米硅薄膜的制备都以半导体工艺为基础，其中利用CVD方法制备纳米硅薄膜时主要有PECVD方法和热CVD方法等，而热CVD方法中的常压CVD方法从工艺上看更接近于在锡槽中在线制备非晶硅薄膜的工艺。然而，从浮法玻璃生产工艺考虑，玻璃生产时以约360～545米/小时的速度连续行进，也即结合已有的非晶硅薄膜的制备工艺，其实际反应时间仅为约1秒，因此保证在如此短的时间内形成纳米硅薄膜将是成功制备这种高性能镀膜玻璃存在的主要问题。根据镀膜理论可知，适当提高温度有望提高沉积速率和加速纳米硅晶相的形成，然而在锡槽中温度并非可以随意调节，如将温度由620C提高到670C时明显将进入玻璃软化温度区，也即玻璃已处于软化状态，虽然该区域的温度更适于形成纳米硅，但软化的玻璃显然由于离子活性过大将干扰薄膜特别是纳米硅薄膜的形成，因此解决软化的玻璃表面对沉积薄膜过程的干扰显然已成为能否利用这一原理快速制备纳米硅薄膜及高性能镀膜玻璃的关键。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米硅复合碳镀膜玻璃及其快速反应在线制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种纳米硅复合碳镀膜玻璃，它由玻璃基板和薄膜组成，所述薄膜为纳米硅和纳米碳化硅复合非晶硅碳；其中，纳米硅、纳米碳化硅和非晶硅碳的体积百分比为40～45∶0～5∶50～60；所述纳米硅和纳米碳化硅晶粒尺度为5～10nm。

一种权利要求1所述纳米硅复合碳镀膜玻璃的快速反应在线制备方法，包括以下步骤：