透明银膜中扩散型梯度界面的形成与对团聚的抑制机理研究

Transparent silver film is the functioning layer responsible for Infrared reflectivity of the energy efficient low-emissivity (Low-E) coated glass. However, the silver film often fails during glass tempering process due to silver agglomeration. We hereby propose to form a diffused graded interface layer, which suppresses silver agglomeration in triple actions, namely, diffusion hindering, interface strengthening and encapsolation. For doing this, silver film is to be doped with chemically active element, such as Al, Ti, and Cr. Part of the dopant diffuses out during annealing to both surfaces of the silver film,and reacts with the residual oxygen traped in the neigboring dielectric layers, resulting in a graded oxidation layer at the interface. On the dielectric side, the layer is a dense oxide, protecting the silver from oxidation. The composition of the layer then changes gradually from full oxide to metallic silver, strengthening the interface by avoiding a sharp transition. Meanwhile, the dopant remaining in the silver film or at the silver grain boundary also hinder the silver diffusion, slowing down the aggolomeration process. In this project, we will study the formation of the diffused graded interface, as well as the impact on its characteristics by the type and the amount of dopants, discuss the model of the surface-bound diffusion of the dopants, and reveal the mechanism of agglomeration suppression. We will also analyse the oxidation behavior and the strength of the graded interface, evaluate its ability of agglomeration suppression. We believe this research will offer a valuable effective approach to enhance the thermal stability of the Low-E coatings.

透明银膜是低辐射节能镀膜玻璃实现红外反射的功能材料，但在钢化过程中会因受热发生团聚而失效。为此，我们提出建立具有阻碍扩散、增强界面、密封保护三项功能的扩散型梯度界面来抑制团聚。拟在透明银膜中掺杂活性元素，其中一部分在热处理中从银膜基体析出，扩散至上下界面，与邻近电介质膜层中的残余氧反应，由外向内在界面处形成梯度氧化物膜, 外侧为致密氧化物，为银膜提供封闭式保护，内侧成分则由掺杂元素的氧化物逐渐过渡到金属银，避免了突变，提高了银膜界面强度。同时，残留在银膜体内或银晶界上的掺杂原子，阻碍银原子在体内及晶界上的扩散，减缓团聚的形成。本项目研究梯度界面的形成过程及不同掺杂元素、比例对界面特征的影响，探讨掺杂元素定向扩散的主导模式，揭示扩散型梯度界面对团聚的抑制机理。综合分析梯度界面的氧化行为、界面强度与Low-E膜的性能，评价扩散型梯度界面对团聚的抑制效果，为提高低辐射膜的热稳定性提供有效途径。

随着世界范围对建筑节能的需求，以金属银为红外反射功能层的离线低辐射（Low-E）镀膜玻璃因具有良好的红外隔热性能而受到广泛关注，但制约其可钢化的关键在于银膜的耐温性，受热易产生团聚。.为此，本项目按照计划系统地研究了透明银膜的团聚现象，以及介质层与掺杂元素对银膜团聚的影响，制备并表征了扩散型梯度界面，并探讨了掺杂元素的择优选取依据与对团聚的抑制机理，而且通过离子源浅表面处理与增镀类金刚石薄膜进一步抑制团聚并保护银膜。.本项目将背散射电子形貌与银元素分布相对应，由热处理过程中形貌的变化来演绎银原子的运动轨迹，进而推测银膜的团聚过程经历三个阶段，并与导电性能相对应。采用椭偏法研究多层膜之间的相互作用，建立物理模型获得银膜的载流子浓度、迁移率等随ZnO结晶度的变化，掌握了上下介质层对银膜的影响规律与作用机制。探讨了掺杂对银膜的影响，获得了掺杂元素对银膜的组织形貌、面电阻、辐射率、透光率等影响规律，得出Cr元素的掺杂效果最佳。推断掺杂元素的选取依据是与Ag完全不互溶，但与O结合较强的元素。采用XPS深度剖析法表征出Cr元素在膜层纵向方向上形成扩散型梯度界面。分析生成氧化物使系统的自由能降低是Cr元素向界面扩散的驱动力，并隔绝了Ag与O元素的接触，阻碍Ag元素扩散，增强界面过渡，抑制银膜团聚，提高了热稳定性。进一步，离子源对玻璃基片的浅表面处理降低了银膜团聚的形核率，分析了线性离子源对玻璃基片的表面改性作用，并发现了椭偏曲线与光学材料表面状态之间的关系，提出了评估光学材料表面质量的普适方法。最后，采用类金刚石薄膜作为银基低辐射镀膜玻璃的最外保护层，提高了多层膜的耐磨性与耐酸碱腐蚀性，在后续的热处理中将类金刚石薄膜烧除，从而不影响光电性能。.总之，本项目系统研究了银膜热团聚过程及氧化行为，扩散型梯度界面对团聚的抑制作用，为提高银基低辐射膜的热稳定性提供了有效途径。