功能玻璃镜面聚焦和绒面雾化的光学研究及其应用

摘要

本文主要研究了圆柱形玻璃幕墙的镜面阳光聚焦安全问题、大面积AZO玻璃的制备与光电性能以及AZO玻璃的绒面雾化三个方面的内容。
　　建立了圆柱形玻璃幕墙建筑的阳光聚焦安全模型，只需确定具体时刻（月、日、时、分）、具体建筑参数（方位角γ、半径R和反射率Rf）和吸收率ρ三个方面的参数，即可确定其阳光聚焦温度Tω和聚焦范围1，对其阳光聚焦温度Tω和聚焦范围1进行统计分析，确定幕墙建筑对其阳光聚焦方向的建筑或人体的聚光安全性影响。以杭州某大楼为例，模型计算结果表明:在6月20日12点30分和6月25日12点30分，其阳光聚焦温度Tω达到一年中的最高温度113℃，聚焦范围1为0.38～4.54米，远小于附属设施距玻璃幕墙的距离，表明该大楼玻璃幕墙的聚焦对其附属设施的高温影响不大。此模型具有较好的普适性，可以用于相关圆柱形玻璃幕墙建筑的聚光安全分析，并为玻璃幕墙建筑尤其是凹形玻璃幕墙建筑的光学安全设计提供借鉴。
　　利用Al2O3∶ZnO为2∶98的陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射方法首先在玻璃衬底上制备AZO薄膜。通过变换工艺参数，在实验和分析的基础上确定了AZO薄膜的最佳溅射工艺为:本底真空度为4×10-5Pa，溅射电流20A，溅射时间104s，衬底温度为290℃，工作气压为0.88Pa。采用尺寸为1300mm×1100mm×3.2mm的玻璃，制备得到的AZO性能为:透过率达到82％，方块电阻为13Ω/□，成功制得具有高可见光透过率和良好导电性的AZO薄膜，为AZO的应用打好基础。
　　本论文采用离线湿化学腐蚀法制备绒面AZO玻璃。通过不同腐蚀试剂及其腐蚀时间的调整，结果表明:NH4Cl仅起到提高AZO透过率的作用，而HF能起到增加AZO玻璃雾度的作用。其中，1wt％HF的最佳腐蚀时间为25s。在实验和分析的基础上确定了制备绒面AZO玻璃的最佳腐蚀工艺参数为:先用1wt％HF溶液腐蚀腐蚀时间为25s，后用5mol％NH4Cl溶液腐蚀腐蚀时间为4min。制备得到的绒面AZO玻璃的透过率为74.8％，雾度为11.52％。成功实现了维持AZO高透过率基本不变的情况下将其雾度提高至10％以上的目标。

目录

声明

摘要

引言

第一章 文献综述

1．1 玻璃幕墙概述

1．1．1 玻璃幕墙的概念和特点

1．1．2 玻璃幕墙技术的发展

1．1．3 玻璃幕墙的安全隐患问题及其评估方法

1．2 光电幕墙概述

1．2．1 光电幕墙的概念和特点

1．2．2 光电幕墙的发展

1．3 透明导电薄膜概述

1．3．1 金属透明导电薄膜

1．3．2 氧化物透明导电薄膜(TCO)

1．3．3 有机高分子化合物透明导电薄膜

1．4 AZO薄膜的性质与应用

1．4．1 AZO薄膜的性质

1．4．2 AZO薄膜的应用

1．5 AZO薄膜的制备方法

1．5．1 真空蒸发镀膜技术

1．5．2 溅射镀膜法

1．5．3 离子束辅助沉积镀膜技术

1．5．4 脉冲激光沉积法

1．5．5 电子束蒸发

1．5．6 溶胶-凝胶法

1．5．7 化学气相沉积

1．5．8 喷涂热分解

1．6 绒面AZO的概述

1．6．1 绒面AZO薄膜在电池中的应用

1．6．2 绒面AZO薄膜的制备方法

1．7 研究意义和创新点

第二章 样品的制备及测试

2．1 磁控溅射设备及其原理

2．1．1 磁控溅射设备

2．1．2 磁控溅射原理

2．2 薄膜的制备过程

2．2．1 靶材的制备

2．2．2 衬底及其清洗

2．2．3 AZO薄膜的制备过程

2．2．4 绒面AZO的制备过程

2．3 测试方法及原理

2．3．1 X射线衍射仪

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．3 四探针法

2．3．4 紫外-可见分光光度计(UV-VIS)

第三章 圆柱形玻璃幕墙的阳光聚焦安全分析

3．1 情况分析和模型的假设

3．1．1 圆柱形玻璃幕墙的阳光聚焦情况分析

3．1．2 圆柱形玻璃幕培的阳光聚焦的模型假设

3．2 圆柱形玻璃幕墙的阳光聚焦安全模型的建立

3．3 圆柱形玻璃幕墙的阳光聚焦安全模型的应用

3．3．1 三个基本参数的确定

3．3．2 杭州某大楼的阳光聚焦安全分析与结果

3．4 小结

第四章 AZO玻璃的性能研究

4．1 溅射电流对AZO玻璃性能的影响

4．2 溅射时间对AZO玻璃性能的影响

4．2．1 溅射时间对AZO玻璃光学性能的影响

4．2．2 溅射时间对AZO玻璃导电性能的影响

4．2．3 溅射时间对AZO玻璃性能的影响小结

4．3 衬底温度对AZO玻璃性能的影响

4．3．1 衬底温度对AZO玻璃光学性能的影响

4．3．2 衬底温度对AZO玻璃电学性能的影响

4．3．3 溅射时间对AZO玻璃性能的影响小结

4．4 工作气压对AZO玻璃性能的影响

4．4．1 工作气压对AZO玻璃光学性能的影响

4．4．2 工作气压对AZO玻璃电学性能的影响

4．4．3 工作气压对AZO玻璃性能的影响小结

4．5 最佳工艺参数AZO玻璃的性能及其结构

4．5．1 最佳工艺参数AZO玻璃的性能

4．5．2 最佳工艺参数AZO玻璃的结构

4．5．2 最佳工艺参数AZO玻璃的表面形貌

4．5．3 最佳工艺参数AZO玻璃的性能及其结构小结

4．6 小结

第五章 绒面AZO玻璃的性能研究

5．1 NH4Cl腐蚀对绒面AZO玻璃的影响

5．1．1 不同NH4Cl腐蚀时间对绒面AZO玻璃结构的影响

5．1．2 不同NH4Cl腐蚀时间对绒面AZO玻璃光学性能的影响

5．1．3 不同NH4Cl腐蚀时间对绒面AZO玻璃表面形貌的影响

5．1．4 NH4Cl腐蚀对绒面AZO玻璃的影响小结

5．2 HF腐蚀对绒面AZO玻璃的影响

5．2．1 不同HF腐蚀时间对绒面AZO玻璃结构的影响

5．2．2 不同HF腐蚀时间对绒面AZO玻璃光学性能的影响

5．2．3 不同HF腐蚀时间对绒面AZO玻璃表面形貌的影响

5．2．4 HF腐蚀对绒面AZO玻璃的影响小结

5．3 两步法腐蚀对绒面AZO玻璃的影响

5．3．1 两步法不同NH4Cl腐蚀时间对绒面AZO玻璃结构的影响

5．3．2 两步法不同NH4Cl腐蚀时间对绒面AZO玻璃光学性能的影响

5．3．3 两步法不同NH4Cl腐蚀时间对绒面AZO玻璃表面形貌的影响

5．3．4 两步法腐蚀对绒面AZO玻璃的影响小结

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果