一种高性能ZIF-L/二氧化钒复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能ZIF‑L/VO

A preparation method of high performance zif-l / vanadium dioxide composite film

【技术实现步骤摘要】
一种高性能ZIF-L/二氧化钒复合薄膜的制备方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种高性能ZIF-L/VO2复合薄膜的制备方法。
技术介绍
经济的快速发展往往带来的是能源的巨大消耗和资源消耗，随之而来的便会是环境的各种污染问题，包括水污染，大气污染和土壤污染，因此节能减排成为当前时代的一个十分重要的问题。据统计，我国的建筑物的单位面积能耗相比于发达国家要高的多，而建筑物上的能耗主要体现在取暖，采光以及制冷等方面。关于这些问题，建筑物的供暖制冷设备一直在往节能型方向转变，而在其采光的建筑物玻璃方面，市场上现在已经推出了low-E玻璃，其特点主要是在采光玻璃上镀上一层薄膜，该薄膜可以反射大量的红外线以致室内的温度降低，从而降低能耗。但是市面上的low-E玻璃目前只是单纯进行反射红外线来降低室温，但是不能根据四季的冷热交替而智能的双向调节室温。针对于这个问题，智能型窗玻璃就引起了人们的关注，其可以根据四季变化的冷热交替而智能的对室内的温度进行光热调控，实现冬暖夏凉的效果。这种智能型的玻璃是通过在玻璃上加镀具有热致变色性能的薄膜材料，其操作简单，成本相对较低，在节能玻璃领域中具有广阔的应用前景。M相二氧化钒自从1953年被发现以来一直广受人们的关注，其最接近室温的相变温度点，相变前后巨大的物理性能的变化，以及相变速度快并且可逆的特点在作为制备智能窗材料方面十分突出。M相二氧化钒在一定温度下发生可逆相变，由低温的半导体相转变为高温的金红石相，相变前后晶型由单斜相转变为金红石相。此外，相变后的R相二氧化钒的红外透过率会显著降低，从而起到反射红外的效果，但是其可见光的光透过率基本不变。块状M相二氧化钒的材料的相变温度才为68℃。结合这些性能特点，二氧化钒在智能玻璃的应用上具有明显的优势。制备二氧化钒薄膜的方法有很多种，主要包括磁控溅射法、溶胶凝胶法、脉冲激光沉积法和离子束溅射法等，在这些薄膜的制备方法中，磁控溅射由于其制备的薄膜致密均匀、重复性好、制备过程简单，且适应于大规模的工业生产，而被广泛研究。目前，采用单纯的磁控溅射法制备的M相二氧化钒的薄膜的太阳光调节效率不高，其可见光的部分的透过率较低，相变温度对于室温来说也偏高，因此如何解决以上的这些问题成为二氧化钒薄膜在智能窗实际应用上的重中之重。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种太阳光调制效率较好，且具有较高的可见光透过率的ZIF-L/VO2复合薄膜的制备方法。为达到上述目的，采用技术方案如下：一种高性能ZIF-L/VO2复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：1)以金属钒靶为溅射靶材，以氩气为反应气体，在石英玻璃基片上沉积得到钒膜；退火处理形成二氧化钒薄膜；2)化学法制备ZIF-L溶胶；3)将化学法制备的ZIF-L溶胶旋涂到所述二氧化钒薄膜上得到双层膜结构。按上述方案，步骤1中所述钒膜的制备过程控制本底真空度为1.0-3.0×10-3Pa，溅射过程中基片为40-80℃，氩气气体的通量为100-200sccm(标准毫升/分钟)，溅射工作气压为0.1-1.0Pa，钒靶的溅射功率为60-80W，钒靶的溅射时间为8-16min且不间断。按上述方案，步骤1中将所得钒膜放入真空退火炉中进行退火处理，有升温、保温、降温三个阶段；气压调节至650-1000Pa，退火的温度设定为370℃-470℃，升温速度为2-10℃/min，保温时间为30-90min，保温结束后由炉腔内的循环水冷却下冷却至室温。按上述方案，步骤2将二水合乙酸锌和二甲基咪唑加入甲醇溶剂，在室温下混合搅拌2-6h，得到透明的ZIF-L溶胶。按上述方案，步骤3中ZIF-L溶胶的浓度为1-5mol/L，旋涂ZIF-L薄膜的步数为1-2步，转速为1500-4500r/min，旋涂时间为10-30s，固化温度为80-140℃。本专利技术提供了一种高性能的ZIF-L/VO2复合薄膜的制备方法，利用ZIF-L薄膜的高的光的透过率和纯的二氧化钒薄膜的有机结合从而提高复合薄膜的整体性能。在纯的二氧化钒薄膜的基础上再旋涂一层ZIF-L薄膜使得整体的太阳光调节效率和可见光透过率得到了一定程度的提升，满足了一定的使用要求。本专利技术对于衬底的要求不是很高，因为二氧化钒热致变色薄膜一般应用于普通玻璃上，所以本专利技术以玻璃作为薄膜衬底，由于薄膜在石英玻璃上的黏附性较好，而且在后续的退火处理中又不至于其他影响薄膜性能的杂质，故本专利技术以石英玻璃作为衬底。本专利技术相对于现有技术的有益效果为：磁控溅射溅射过程简单，ZIF-L溶胶的制备方法简单，将磁控溅射制备M相二氧化钒和制备ZIF-L溶胶过程分开，使得制备过程更易操作和调控。采用直流金属钒靶溅射得到金属钒膜之后进行退火处理，在得到物理法获得的纯二氧化钒薄膜的基础上再采用化学法制备的ZIF-L溶胶进行旋涂处理，之后进行加热固化成为具有较高的太阳光调节效率和较高的可见光透过率的稳定性能的复合双层结构薄膜。本专利技术制备的ZIF-L/VO2复合薄膜采用磁控溅射物理沉积法和化学法溶胶的结合，使得复合薄膜的可见光透过率和太阳光的调节效率得到了提升，所制备的ZIF-L/VO2薄膜其可见光透过率为35.3％-46.4％，太阳光调制效率为9.8％-14.89％，具有广阔的应用前景。附图说明图1：实施例1所得二氧化钒薄膜及ZIF-L/VO2复合薄膜的XRD衍射图；图2：实施例1所得ZIF-L/VO2复合薄膜的截面SEM图；图3：实施例1所得ZIF-L/VO2复合薄膜在室温和高温下的透射光谱图；图4：实施例2所得ZIF-L/VO2复合薄膜在室温和高温下的透射光谱图。具体实施方式以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。本专利技术ZIF-L/VO2复合薄膜的详细制备过程如下：(1)石英玻璃基底的清洗将石英玻璃先用洗涤剂清洗，再依次用蒸馏水和无水乙醇进行超声清洗，最后放入无水乙醇中密封备用。(2)纯M相二氧化钒钒膜制备将清洗好的石英玻璃基片至于磁控溅射真空室中，采用质量纯度99.99％的金属钒作为靶材，以质量纯度为99.9％的氩气作为工作气体，本底真空度为1.0-3.0×10-3Pa，溅射过程中基片为40-80℃，氩气气体的通量为100-200sccm(标准毫升/分钟)，溅射工作气压为0.1-1.0Pa，钒靶的溅射功率为60-80W，溅射过程中钒靶的溅射时间为8-16min且不间断。将溅射完成的金属钒膜放入真空退火炉当中进行退火处理，退火炉中的温度设定有升温、保温、降温三个阶段。退火时将退火气压调节至650-1000Pa，退火的温度设定为370℃-470℃，退火的升温速度为2-10℃/min，退火的保温时间为30-90min，保温结束后由炉腔内的循环水冷却下冷却至室温。(3)ZIF-L溶胶的制备采用电子分析天平分别称取2.7439g-5.4878g的二水合乙酸锌和1.0263g-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能ZIF-L/VO

【技术特征摘要】
1.一种高性能ZIF-L/VO2复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)以金属钒靶为溅射靶材，以氩气为反应气体，在石英玻璃基片上沉积得到钒膜；退火处理形成二氧化钒薄膜；
2)化学法制备ZIF-L溶胶；
3)将化学法制备的ZIF-L溶胶旋涂到所述二氧化钒薄膜上得到双层膜结构。


2.如权利要求1所述高性能ZIF-L/VO2复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤1中所述钒膜的制备过程控制本底真空度为1.0-3.0×10-3Pa，溅射过程中基片为40-80℃，氩气气体的通量为100-200sccm(标准毫升/分钟)，溅射工作气压为0.1-1.0Pa，钒靶的溅射功率为60-80W，钒靶的溅射时间为8-16min且不间断。


3.如权利要求1所述高性能ZIF-L/VO2复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：田守勤，杨鑫伟，张勇强，刘秋芬，陆忠成，赵修建，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42