FTO玻璃薄膜的电与热性能研究

论文摘要

本论文以化学气相沉积（CVD）法制备掺杂氟的二氧化锡（FTO）和磁控溅射法制备的氧化铟锡（ITO）镀膜玻璃为实验样品,研究了玻璃薄膜材料的电学特性和热辐射特征,从材料学角度分析了玻璃镀膜的导热微观机理以及影响因素——基体和膜层对其导热的影响,讨论了样品的光学、电学以及热学性质的关联性。用XRD、XRF测定了薄膜的结构、成分;用UV-3150、FT-IR、四探针电阻仪、表面光度仪和椭偏仪等仪器分别测量了样品的紫外-可见-近红外反射率和透射率、中红外透射率和反射率、表面电阻、多层膜的厚度;运用多功能物理参数测试仪（PPMS）的AC电输运性质测量系统选件测定了样品的I-V曲线、霍尔系数,进而计算了样品的交流电阻率、载流子浓度以及迁移率,运用其热输运性质测量系统选件测定了样品的导热系数。研究结果表明,FTO薄膜的主要成分为SnO2,光学过渡层的主要成分为SiO2,薄膜的导电性完全是由顶层膜决定的,其中F的掺杂量小于0.92 mol%,薄膜的结构为四方金红石结构,而对照用ITO薄膜的主要成分为In2O3,其中Sn的掺杂量为8.75 mol%,结构为立方铁锰矿结构;分析表明,玻璃基体和薄膜过渡层的导热机制可用声子导热机理来解释,FTO和ITO薄膜中声子导热起主要作用,而在同一系列样品中电导率越高,热导率越低;与FTO薄膜相比,ITO薄膜中金属子和氧元素原子量差别更小、结构对称因素强、薄膜结构致密且膜层厚,因此ITO薄膜的导热系数大于FTO薄膜;薄膜材料对光辐射的吸收率高,吸收的光子数多,导热系数也大;在不考虑对流导热的影响时,在相同测试条件下,同一样品的导热系数随辐射率的增大而线性减小,对于FTO薄膜拟合公式为:k=0.89969-0.0186×E,对于ITO薄膜拟合公式为:k=1.04995-0.0178×E。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 低辐射玻璃概述
• 1.2.1 什么是低辐射玻璃
• 1.2.2 低辐射玻璃的发展史
• 1.2.3 低辐射镀膜玻璃的节能原理
• 1.2.4 低辐射镀膜玻璃的制备技术
• 1.2.5 低辐射镀膜玻璃的现状与发展趋势
• 1.3 本论文的研究内容
• 第2章 低辐射薄膜测试方法和实验设备
• 2.1 薄膜结构分析
• 2.2 薄膜成分分析
• 2.3 薄膜方块电阻的测量
• 2.4 薄膜厚度的测量
• 2.4.1 顶层膜厚度的测量
• 2.4.2 底层膜厚度的测量
• 2.5 薄膜光学特性参数的测量
• 2.5.1 傅立叶转换红外光谱仪
• 2.5.2 分光光度计
• 2.6 薄膜物理性能的测量
• 2.6.1 薄膜电学特性参数的测量
• 2.6.2 薄膜导热系数的测量
• 2.7 小结
• 第3章 低辐射薄膜的电与热性能分析
• 3.1 物理基础
• 3.1.1 固体热传导的物理基础
• 3.1.2 霍尔效应
• 3.2 低辐射薄膜的成分分析
• 3.2.1 FTO 薄膜的成分分析
• 3.2.2 ITO 薄膜的成分分析
• 3.3 低辐射薄膜的结构分析
• 3.3.1 FTO 薄膜的结构分析
• 3.3.2 ITO 薄膜的结构分析
• 3.4 玻璃基体和过渡层的导热系数及其规律
• 3.4.1 玻璃基体的导热系数及其规律
• 3.4.2 过渡层的导热系数及其机理
• 3.5 薄膜的导热系数、机理及其影响因素
• 3.5.1 测定薄膜导热系数时的数学近似
• 3.5.2 薄膜导电机制的实验研究
• 3.5.3 薄膜的电学性能
• 3.5.4 薄膜的导热系数
• 3.5.5 导热系数和辐射率的关系
• 3.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介