温度对AZO薄膜红外辐射性能的影响

摘要

随着全球资源的减少和环境的恶化,节能减排已成为人们关注的焦点,具有保温隔热功能的低辐射玻璃成为研究的热点.提高玻璃保温隔热性能最有效的方法就是在其表面涂覆低辐射率层.原材料丰富、导电性能好、可见光透过率高等优势使得Al掺杂ZnO(AZO)薄膜成为最具潜力的低辐射率层.系统研究了温度对AZO薄膜红外辐射性能的影响,分析了变化机理.首先研究了在一定的温度下持续一段时间后,AZO薄膜的红外比辐射率的变化情况.然后研究了在变温环境中红外比辐射率的变化情况.采用直流磁控溅射法在室温下玻璃基片上沉积500 nm厚的AZO薄膜,将薄膜放到马弗炉中进行热处理,在100～400℃空气气氛下保温1 h,随炉冷却.采用X射线衍射仪对AZO薄膜进行物相分析,采用扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌变化.利用四探针测试法测量AZO薄膜的电阻率,采用红外比辐射率测试仪测试薄膜红外比辐射率,可见分光光度计测量可见光谱.测试的结果表明,薄膜热处理前后均为六角纤锌矿结构,(002)择优取向.300℃及以下热处理1 h后,(002)衍射峰增强,半高宽变窄,晶粒尺寸长大.随着热处理温度的升高,薄膜的电阻率先减小后增大,200℃热处理后的薄膜具有最小的电阻率(0.9×10-3Ω·cm).热处理温度升高,晶粒长大使得薄膜电阻率降低.热处理温度过高,薄膜会从空气中吸收氧,电阻率下降.薄膜的红外比辐射率变化趋势和电阻率的一致,在200℃热处理后获得最小值(0.48).自由电子对红外光子有较强的反射作用,当电阻率低,自由电子浓度高的时候,更多的红外光子被反射,红外辐射作用弱,红外比辐射率小.薄膜的可见光透过率随着热处理温度的升高先减小后增大,200℃热处理后的薄膜的可见光透过率最小,但仍高达82％.这种变化是由于自由电子浓度变化引起的,自由电子对可见光有很强的反射作用.选取未热处理和200℃热处理后的样品进行变温红外比辐射率的测量,将样品放在可加热的样品台上,位置固定,在室温到350℃的升温和降温过程中每隔25℃测量一次红外比辐射率,结果表明,在室温到350℃的温度范围内,AZO薄膜的红外比辐射率在升温过程中随着温度的上升而增大,在降温过程中减小,经过整个升、降温过程后,薄膜的红外比辐射率增大.