专利名称：光选择性Ce/Fe玻璃薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有光选择性的Ce/Fe玻璃薄膜及其制备方法。尤其是涉及一种对紫外光有很好的屏蔽，对可见光有较高的透过率，对近红外光有较大的吸收，可以用作绿色环保型建筑玻璃和汽车玻璃的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜及其制备方法，属于薄膜材料制备技术领域。
中国专利CN91100817.9提出，在普通浮法玻璃的成分基础上掺杂了一定量的CeO2、Fe2O3和FeO，经高温融化后制出绿色的钠—钙—硅玻璃。这种玻璃能够吸收紫外线和部分红外线，但是玻璃呈现绿色，对应用产生了一定的影响。
本发明的目的之二在于提供一种工艺简单易行，成本低的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的制备方法。
本发明提出的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜，其特征在于所述薄膜为CeOx/FeOy复合结构，其中，0＜x≤2，0＜y≤2。
在所述的薄膜中，含有9～20at％的Fe元素和17～19at％的Ce元素。所述薄膜单层厚度为80～150nm。
本发明提出的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的制备方法，其特征在于所述方法依次按如下步骤进行(1)Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的混合溶液搅拌并加入络合剂(C6H8O7)，继续磁力搅拌；(2)上述混合溶液中加入增稠剂，增稠剂用量为络合剂的10～40％，充分搅拌混合溶液至络合剂全部溶解，得到配合物溶液，混合溶液在持续搅拌下，可得到稳定、均匀、清澈透明的溶胶；(3)采用浸渍提拉法将步骤(2)制备的溶胶镀在预处理过的玻璃表面，经烘干后，热处理，随炉冷却。
在上述制备方法中，所述Ce(NO3)3和Fe(NO3)3混合溶液中，Ce/Fe的摩尔比例为4∶1～1∶4；所述络合剂为柠檬酸，其用量为Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的化学计量比之和过量20～40％；所述增稠剂为聚乙二醇；步骤(2)所述采用浸渍提拉法在载玻片表面镀膜，提拉速度为6～22mm/min；所述步骤(2)烘干温度为80～100℃，热处理温度为200～500℃。
利用本发明的方法制备的玻璃表面光选择性透过薄膜，在保持较高可见光透过率的同时又几乎完全屏蔽了紫外光，并对红外光有较高的吸收。具有这种光选择性透过的镀膜玻璃符合当前对于人居环境节约能耗的要求，并且对于改善生态环境和人居环境都具有重大的现实意义。
本发明的技术方案是这样实现的将Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的混合溶液搅拌并加入一定量的柠檬酸(C6H8O7)，磁力搅拌1小时。其中柠檬酸作为络合剂，其克当量数等于所有金属离子克当量数之和，此用量为柠檬酸将所有金属离子聚合形成大分子并继而形成凝胶的最小用量。
采用聚乙二醇作为增稠剂(亦称之为交联剂)，其作用是提高溶液的粘度，促使凝胶的生成，用量约为柠檬酸的10％。加入聚乙二醇并且充分搅拌混合溶液至柠檬酸全部溶解，得到配合物溶液，混合溶液在80～100℃的温度下持续搅拌，可得到稳定、均匀、清澈透明的溶胶。
用洗液清洗普通载玻片(厚度为1mm)，再在乙醇丙酮混合液中超声清洗15min，最后在去离子水中超声清洗15min，烘干作基片备用。
采用浸渍提拉法将溶胶镀在预处理过的玻璃表面，提拉速度为6～22mm/min。经80～100℃烘干后，在200～500℃温度下分别热处理0.5h、1h和2h，然后随炉冷却。多层膜通过重复浸渍提拉并在80～100℃烘干的过程而制得。即镀膜每次浸渍提拉后在室温干燥15min然后在80～100℃下烘干15min再重复镀膜，最后可得到均匀、透明的厚膜。最终薄膜在200～500℃的温度范围内分别热处理0.5h、1h和2h，然后随炉冷却。
本发明的薄膜在保持较高可见光透过率的同时又几乎完全屏蔽了紫外光，并对红外光有较高的吸收。
采用如下的方法对所获得的薄膜进行性能测定将玻璃表面薄膜切割成10mm×10mm的小块，测定其膜层厚度和结合力，并测定了其在紫外-可见光-红外区域的透过率。
结果表明薄膜与玻璃基体有较好的结合力，薄膜厚度大约为80～150nm。紫外截止波长约为365nm，在紫外光波段几乎没有透过；在可见光波段的平均透过率约为60～75％；光选择透过比为1.2。
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。
根据中华人民共和国国家标准GB/T 2680-94计算，其紫外光(280-380nm)透射比为2.1％；可见光(380-780nm)透射比为63.5％，在人眼睛比较敏感的545nm波长的透过率为67.0％；太阳光(350-1800nm)直接透射比为54.7％，光选择透过比为1.2。
将Ce(NO3)3和Fe(NO3)3按4∶1的浓度加入40ml的去离子水中，进行混合搅拌，然后在溶液中加入20ml的柠檬酸，磁力搅拌1小时。再加入2ml的聚乙二醇并且充分搅拌混合溶液至柠檬酸全部溶解，得到配合物溶液，混合溶液在100℃的温度下持续搅拌，得到稳定、均匀、清澈透明的溶胶。采用浸渍提拉法将溶胶镀在预处理过的玻璃表面，提拉速度为20mm/min。室温干燥15min后在经100℃烘干，在300℃温度下热处理2h，随炉冷却。将玻璃表面薄膜切割成10mm×10mm的小块，测定其膜层厚度和结合力，并测定了其在紫外-可见光-红外区域的透过率。结果表明此工艺能够形成稳定的溶胶和均匀的玻璃薄膜，薄膜厚度约为110nm，膜层结合力约为16mN。根据中华人民共和国国家标准GB/T 2680-94计算，其紫外光(280-380nm)透射比为11.8％；可见光(380-780nm)透射比为65.7％，在人眼睛比较敏感的545nm波长的透过率为65.8％；太阳光(350-1800nm)直接透射比为66.5％，光选择透过比为0.99。
权利要求
1.光选择性Ce/Fe玻璃薄膜，其特征在于所述薄膜为CeOx/FeOy复合结构，其中，0＜x≤2，0＜y≤2。
2.根据权利要求1所述的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜，其特征在于所述薄膜中含有9～20at％的Fe元素和17～19at％的Ce元素。
3.根据权利要求1所述的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜，其特征在于所述薄膜单层厚度为80～150nm。
4.制备如权利要求1所述的光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的方法，其特征在于所述方法依次按如下步骤进行(1)将Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的混合溶液搅拌并加入络合剂(C6H8O7)，继续磁力搅拌；(2)在上述混合溶液中加入增稠剂，增稠剂用量为络合剂的10～40％，充分搅拌混合溶液至络合剂全部溶解，得到配合物溶液，混合溶液在持续搅拌下，可得到稳定、均匀、清澈透明的溶胶；(3)采用浸渍提拉法将步骤(2)制备的溶胶镀在预处理过的玻璃表面，经烘干后，热处理，随炉冷却。
5.根据权利要求4所述的制备光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的方法，其特征在于所述Ce(NO3)3和Fe(NO3)3混合溶液中，Ce/Fe的摩尔比例为4∶1～1∶4。
6.根据权利要求4所述的制备光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的方法，其特征在于所述络合剂为柠檬酸，其用量为Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的化学计量比之和过量20～40％。
7.根据权利要求4所述的制备光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的方法，其特征在于所述增稠剂为聚乙二醇。
8.根据权利要求4所述的制备光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的方法，其特征在于步骤(2)所述采用浸渍提拉法在载玻片表面镀膜，提拉速度为6～22mm/min。
9.根据权利要求4所述的制备光选择性Ce/Fe玻璃薄膜的方法，其特征在于所述步骤(2)烘干温度为80～100℃，热处理温度为200～500℃。
全文摘要
本发明公开了一种光选择性Ce/Fe玻璃薄膜及其制备方法，属于薄膜材料制备技术领域。本发明采用柠檬酸和硝酸铈、硝酸铁混合制备溶胶，采用浸渍提拉法制备薄膜，经干燥、热处理后得到具有光选择性透过的Ce/Fe玻璃薄膜。在Ce(NO
文档编号C03C17/22GK1460652SQ0313756
公开日2003年12月10日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者赵宏生, 翁端, 陈炜 申请人:清华大学