SnO2：F薄膜第一性原理计算及Low-E玻璃的性能研究

论文摘要

低辐射镀膜玻璃（Low-E玻璃）作为一种性能优越的节能产品,在其发展历程中经过了不断的技术完善与革新。本论文以发展Low-E玻璃的生产技术,产品性能及应用方面为目标,从材料设计角度出发,采用第一性原理的密度泛函理论对掺杂F的SnO2模型的晶胞体积,态密度,能带结构及光学特性进行了研究;运用XRD、XRF测定了薄膜的结构、成分;运用FT-IR、四探针电阻仪、表面光度仪和椭偏仪、紫外可见光分光光度计等仪器分别测量了样品的中红外透射率和反射率、表面电阻、多层膜的厚度、可见光透过率和反射率等光学参数。运用计算软件Window 5.0（计算标准为NFRC 100-2001）,分析单片Low-E玻璃及Low-E玻璃与普通白玻璃组成中空玻璃的最佳使用方法,以期达到Low-E玻璃的最佳使用效果。研究结果表明,在Low-E镀膜玻璃表面建立SnO2 2×2×1超晶胞中掺杂两个F原子其位置为相邻对位的膜系结构能使SnO2:F薄膜的光学特性达到最佳。耀华股份公司在线生产的Low-E玻璃导电膜的主要成分为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;薄膜的结构为四方金红石结构;随着薄膜厚度的增加方块电阻降低;实验测得在线Low-E玻璃的光学性能与SnO2:F薄膜的第一性原理计算中得到的结果相匹配。根据Window 5.0软件计算结果可以得到:使用单片在线Low-E玻璃时,Low-E玻璃的膜面应置于建筑物的内侧;如果使用由普通透明浮法玻璃与普通透明浮法玻璃在线镀Low-E膜玻璃组成的中空玻璃时,在寒冷地区,在线Low-E玻璃膜面应位于内层玻璃的外侧,相反,在炎热地区,在线Low-E玻璃膜面应位于外层玻璃的内侧。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 低辐射问题的提出
• 1.2 什么是低辐射玻璃
• 1.3 低辐射镀膜玻璃的节能原理
• 1.4 衡量低辐射玻璃特性的主要指标
• 1.4.1 辐射率
• 1.4.2 可见光透射比
• 1.4.3 遮阳系数
• 1.4.4 太阳热获得系数
• 1.4.5 传热系数
• 1.4.6 膜层的耐磨性
• 1.4.7 膜层的耐酸碱性
• 1.4.8 可见光反射比
• 1.4.9 太阳光直接透射比
• 1.4.10 太阳光直接反射比
• 1.4.11 紫外线透射比
• 1.4.12 颜色均匀性
• 1.5 低辐射镀膜玻璃的分类
• 1.5.1 电介质/金属/电介质多层复合低辐射玻璃
• 1.5.2 半导体单层膜低辐射玻璃
• 1.6 低辐射镀膜玻璃的制备技术
• 1.6.1 离线低辐射玻璃的生产方式
• 1.6.2 在线低辐射玻璃的生产方法
• 1.6.3 低辐射贴膜玻璃的生产方法
• 1.7 低辐射镀膜玻璃的现状与发展趋势
• 1.8 本论文的研究内容
• 2：F 薄膜的第一性原理计算'>第2章 节能型SNO₂：F 薄膜的第一性原理计算
• 2.1 计算中的理论基础及算法
• 2.2 计算模型的建立和计算参数的选择
• 2：F 薄膜的成分设计'>2.2.1 SnO₂：F 薄膜的成分设计
• 2：F 模型的建立'>2.2.2 SnO₂：F 模型的建立
• 2.2.3 实验参数的选定
• 2.3 计算结果分析
• 2.3.1 晶格常数变化
• 2.3.2 能量分析
• 2.3.3 能带结构和态密度分析
• 2.3.4 光学特性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 Low-E 玻璃薄膜的物理性能研究
• 3.1 实验所用设备及测试方法
• 3.1.1 薄膜方块电阻的测量
• 3.1.2 薄膜厚度的测量
• 3.1.3 薄膜结构的测定
• 3.1.4 薄膜成分的测定
• 3.1.5 薄膜光学特性参数的测量
• 3.2 实验结果分析与讨论
• 2：F 薄膜的成分分析'>3.2.1 SnO₂：F 薄膜的成分分析
• 2：F 薄膜的结构分析'>3.2.2 SnO₂：F 薄膜的结构分析
• 2：F 薄膜的物理性能分析'>3.2.3 SnO₂：F 薄膜的物理性能分析
• 2：F 薄膜的光学性能分析'>3.2.4 SnO₂：F 薄膜的光学性能分析
• 2：F 模型与工业化生产样品的光学性能对比'>3.3 SNO₂：F 模型与工业化生产样品的光学性能对比
• 3.3.1 理论模型与实验样品的可见光和近红外波段反射率分析
• 3.3.2 理论模型与实验样品的折射率分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Low-E 玻璃的节能分析与最佳使用方法
• 4.1 Window 5.0 软件的使用
• 4.2 低辐射玻璃的节能分析
• 4.3 低辐射玻璃门窗的节能分析
• 4.3.1 窗户数据
• 4.3.2 计算结果
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 Low-E 玻璃的最佳使用模式
• 4.4.1 单片使用在线低辐射玻璃膜面的位置
• 4.4.2 中空玻璃使用低辐射玻璃膜面的位置
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在攻读硕士学位期间承担的科研任务与研究成果
• 致谢
• 作者简介