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二氧化硅气凝胶膜及复合节能镀膜玻璃的制备及性能研究

作　者: 赵嫦
导　师: 赵高凌；刘君波
学　校: 浙江大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 溶胶-凝胶法 SiO2气凝胶膜复合镀膜玻璃
分类号: TU524
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

建筑能耗在能源消耗中占据了很大部分,因此设计节能环保建筑是未来发展的趋势。本论文在对节能玻璃进行文献普查和了解的基础上提出将具有孔隙率高、密度低、热导率低的多孔SiO2气凝胶膜应用在建筑镀膜玻璃中作为隔热层；同时,将低辐射膜,多孔气凝胶膜和阳光控制膜结合形成节能复合镀膜玻璃,从多方面提高玻璃的节能性能。采用溶胶-凝胶法,常压干燥条件,选择具有有机基团的硅源前驱体甲基三甲氧基硅烷(MTMS)制备了SiO2气凝胶膜,研究了不同制备条件对SiO2气凝胶膜结构和性能的影响。研究结果表明,薄膜的孔隙率随着溶剂量增加、热处理温度升高而增加；薄膜开裂程度随着溶剂量减少、碱浓度升高而增加,加入丙三醇可以有效减少薄膜的开裂；随着热处理温度升高,气凝胶膜的厚度降低,透明度升高。在优选条件下玻璃表面镀单层SiO2气凝胶膜的厚度为710nm,透过率为85%左右,镀膜后,玻璃的热导率从1.332W/mK降低到1.302W/mK.将SiO2气凝胶膜应用到复合镀膜玻璃三层膜结构中。复合镀膜玻璃的低辐射功能由SnO2:F (FTO)玻璃提供,在其上镀SiO2气凝胶膜,镀膜后,FTO玻璃的热导率从3.615W/mK降低到3.368W/mK。顶模采用CVD方法沉积一层TiO2薄膜,起到遮相作用。研究了沉积温度和TiCl4:N2进气比例对三层膜结构和性能的影响。研究结果表明,在500℃～600℃条件下得到的Ti02薄膜为锐钛矿相,复合镀膜玻璃的可见-近红外反射率随着TiO2锐钛矿相的增多而提高。当沉积温度为550℃,TiC;4与N2进气比例为0.2SLM:0.8SLM时,TiO2结晶形态最理想,堆积致密,颗粒均匀,在提高镀膜玻璃的可见-近红外反射率的同时可保持一定的透过率。此时复合膜具有一定光致亲水性。成功制备了具有良好低辐射性、低热导率、遮阳及自清洁性能的复合节能镀膜玻璃。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第一章文献综述  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 建筑节能玻璃简介  12-14
    1.2.1 阳光控制玻璃  12-13
    1.2.2 Low-E玻璃  13
    1.2.3 真空玻璃  13-14
  1.3 镀膜玻璃的制备技术  14-16
    1.3.1 化学气相沉积技术(Chemical Vapor Deposition)  14-15
    1.3.2 溶胶-凝胶技术(Sol-Gel)  15
    1.3.3 磁控溅射技术(Magnetron Sputtering)  15
    1.3.4 真空蒸发镀膜技术(Vacuum Evaporation)  15-16
    1.3.5 热喷涂技术(Spray Coating)  16
  1.4 SiO_2气凝胶的研究现状及其应用  16-22
    1.4.1 溶胶-凝胶法制备SiO_2气凝胶  16-21
    1.4.2 SiO_2气凝胶的隔热性能及其应用  21-22
  1.5 SiO_2气凝胶膜的研究现状及应用  22-24
    1.5.1 SiO_2气凝胶膜的镀膜工艺  22
    1.5.2 常用制备SiO_2气凝胶膜的镀膜方法  22-23
    1.5.3 SiO_2气凝胶膜的应用  23-24
  1.6 选题思路和研究内容  24-26
第二章实验及表征方法  26-32
  2.1 实验原料及设备  26-28
    2.1.1 溶胶凝胶制备SiO_2气凝胶膜的原料和设备  26
    2.1.2 APCVD法制备TiO_2薄膜样品的原料和设备  26-28
  2.2 制备方法  28-29
    2.2.1 溶胶-凝胶制备SiO_2胶膜  28-29
    2.2.2 TiO_2-SiO_2气凝胶-SnO_2：F复合节能镀膜玻璃的制备  29
  2.3 样品表征  29-32
    2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)  29
    2.3.2 差热分析  29-30
    2.3.3 椭圆偏振光谱仪  30
    2.3.4 紫外可见亚红外分光光度计  30
    2.3.5 X射线衍射  30-31
    2.3.6 傅里叶红外光谱仪  31
    2.3.7 润湿性测试  31
    2.3.8 热导率测定仪  31-32
第三章 SiO_2气凝胶膜的制备和性能研究  32-50
  3.1 引言  32
  3.2 溶剂量对SiO_2气凝胶膜结构及性能的影响  32-37
    3.2.1 溶剂量对SiO_2气凝胶膜形貌和孔径的影响  32-34
    3.2.2 溶剂量对SiO_2气凝胶膜孔隙率及热导率的影响  34-37
  3.3 碱的浓度对SiO_2气凝胶膜结构及性能的影响  37-39
  3.4 热处理温度对SiO_2气凝胶膜结构及性能的影响  39-43
    3.4.1 热处理温度对SiO_2气凝胶膜结构的影响  40-42
    3.4.2 热处理温度对SiO_2气凝胶膜孔隙率及热导率的影响  42-43
    3.4.3 热处理温度对SiO_2气凝胶膜透光性的影响  43
  3.5 丙三醇的量对SiO_2气凝胶膜结构及性能的影响  43-47
  3.6 本章小结  47-50
第四章复合节能镀膜玻璃的制备及性能研究  50-62
  4.1 引言  50
  4.2 SiO_2气凝胶-FTO玻璃的制备和性能  50-53
    4.2.1 SiO_2气凝胶-FTO玻璃的结构  50-51
    4.2.2 SiO_2气凝胶-FTO玻璃的光学性能  51-53
  4.3 TiO_2-SiO_2气凝胶-FTO复合镀膜玻璃的制备和性能  53-60
    4.3.1 温度条件对TiO_2-SiO_2气凝胶-FTO玻璃的结构和性能影响  53-57
    4.3.2 流量条件对TiO_2-SiO_2气凝胶-FTO玻璃的结构和性能影响  57-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章结论和展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-70
致谢  70-72
个人简历  72-74
攻读学位期间发表的学术论文及专利  74

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