一种具有低电阻和低光学损耗的玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有低电阻和低光学损耗的玻璃及其制备方法，尤其涉及具有多层薄膜叠加的低电阻和低光学损耗的玻璃及其制备方法。
背景技术
具有低电阻和低光学损耗的多层膜结构被广泛应用于液晶显示器、太阳能电池、功能窗等领域。一般单层功能膜的电学性能与光学性能很难同时满足使用要求，需要将多层薄膜叠加起来组成复合结构来实现低电阻(5-8Ω/￡)、高透光率(>80％)、良好的化学稳定性等性能。目前本领域内常见的LOW-E玻璃采用氧化铟锡/银/氧化铟锡三明治结构，但是此结构存在一些弊端，例如氧化铟锡价格昂贵、机械柔韧性差，铟的资源稀缺且有一定毒性，中间夹层银膜容易被氧化、化学稳定性较差，此多层膜结构的附着力较差，容易脱落等。
在电加温、电磁屏蔽等特殊功能的领域内，既要求薄膜结构具有低电阻、高透光、又要求高电磁屏蔽性能，几乎接近功能薄膜的光电性能匹配极限，为了达到使用性能指标要求，需要开发一种具有低电阻和低光学损耗的薄膜结构。单一薄膜很难满足综合使用性能要求，而多层薄膜结构中考虑到各层之间物理、化学性能差异，如何解决薄膜材料光学性能与电学性能冲突，以及薄膜厚度是现有技术的难点。
因此需要一种成本低、无毒、机械柔韧性好、化学稳定性好、薄膜附着力好、电阻低、透光性能好，并且适用于不耐高温基底材料的多层薄膜结构及制备方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种具有低电阻和低光学损耗的玻璃及其制备方法。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一方面，本发明提供一种具有低电阻和低光学损耗的玻璃，所述玻璃由在透明基底材料1上依次镀制的过渡层2、一个或多个叠加层、第二介质层7、减反层8、耐磨层9组成；
所述叠加层由第一介质层3、第一保护层4、导电层5、第二保护层6依次镀制而成；
其中，第一介质层3为厚度为50-120nm的AZO薄膜，第一保护层4为厚度为1-2.5nm的NiCr薄膜，导电层5为厚度为5-10nm的Au薄膜，第二保护层6为厚度为1-2.0nm的NiCr薄膜，第二介质层7为厚度为30-100nm的AZO薄膜，减反层8为厚度为15-30nm的Nb2O5薄膜或SiO2薄膜，耐磨层9为厚度为50-200nm的C3N4薄膜或Si3N4薄膜；
所述叠加层与第二介质层7总厚度为90-300nm，其中第一介质层3与第一保护层4厚度之和大于第二保护层6与第二介质层7的厚度之和。
所述AZO薄膜为Al2O3掺杂的ZnO薄膜，Al2O3掺杂比例为1％wt-2％wt。
所述透明基底材料1为强化玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；所述强化玻璃表面压应力为500-900MPa，厚度为1.5-3.0mm；所述聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为5-25mm。
所述过渡层2根据透明基底材料1不同选择如下：
若透明基底材料1为强化玻璃，则过渡层2为SiO2或TiO2，厚度为10-20nm；
若透明基底材料1为聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯，则过渡层2为为丙烯酸、聚氨酯或者丙烯酸与聚氨酯的混合物。
优选地，所述第一介质层3的厚度为50-80nm。
优选地，所述第一保护层4的厚度为1.0-2.0nm。
优选地，所述导电层5的厚度为8-10nm。
优选地，所述第二保护层6的厚度为1-1.5nm。
优选地，所述第二介质层7的厚度为40-65nm。
优选地，所述叠加层与第二介质层7总厚度为90-200nm。
优选地，所述减反层8的厚度为20-30nm。
优选地，所述耐磨层9的厚度为50-150nm。
另一方面，本发明提供一种具有低电阻和低光学损耗的玻璃的制备方法，所述制备方法步骤如下：
步骤一、对透明基底材料进行表面清洁，后对清洁的透明基底材料进行表面预处理及活化；
步骤二、在预处理后的透明基底材料表面制备一层过渡层；
步骤三、通过直流脉冲磁控溅射镀制叠加层：依次在过渡层上面镀制第一介质层、在第一介质层上面镀制第一保护层、在第一保护层上面镀制导电层、在导电层上面镀制第二保护层；
步骤四、通过直流脉冲磁控溅射在叠加层上面镀制第二介质层；
步骤五、通过直流脉冲磁控溅射在第二介质层上面镀制减反层；
步骤六、通过射频磁控溅射在减反层上面镀制耐磨层。
优选地，步骤一中采用异丙醇、石油醚对制备的强化玻璃、有机玻璃聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯进行表面清洁。
优选地，步骤一中利用等离子体对清洁的强化玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯进行表面预处理及活化。
本发明的有益效果是：本发明在透明基底材料上依次镀制过渡层、第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层、减反层、耐磨层的多层薄膜结构。首先，在透明基底材料上制备一层过渡层，为了过渡基底材料与第一介质层材料物理性能差异，增加多层薄膜的附着力。在过渡层上面选用AZO薄膜作为第一介质层，因为AZO具有一定的导电性透光性能，并且还具有一定的机械柔韧性，资源相比于ITO更丰富，无毒环保，成本低。在第一介质层上面制备第一保护层NiCr是为了既保证低电阻的情况下，还能平滑第一介质层与导电层之间的间隙，考虑到AZO与Au之间物理性能的差异，增强薄膜附着力的同时又优化了光学匹配。而本发明之所以选择Au作为导电层也是因为Au化学稳定性好、导电性好，并且比Ag更不易被腐蚀氧化，虽然金属薄膜会影响整体的透光，但是本发明的第一介质层与第二介质层可以起到光学匹配优化的作用，有效的在降低电阻同时又改善透光性，降低光学损耗。最后设计的减反层是为了增加透光率，耐磨层是为了增加多层膜表面的耐磨性。该叠加结构可达到降低电阻和减少光学损耗的效果。
本发明制备的薄膜解决了各个层间匹配的问题，机械柔韧性好、化学稳定性强、附着力好、电阻低、透光性能高，并且该结构薄膜及其制备方法对不耐高温的基底材料也适用。将此多层结构薄膜制备在透明玻璃上，有望用于实现电加温、电磁屏蔽等特殊功能的领域。综上所述本发明具有节约资源、无毒无害，成本低，性能优异，适合工业化生产等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的具有低电阻和低光学损耗的玻璃结构示意图；
其中，1-透明基底材料、2-过渡层、3-第一介质层、4-第一保护层、5-导电层、6-第二保护层、7-第二介质层、8-减反层、9-耐磨层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
实施例一
具有低电阻和低光学损耗的玻璃：在厚度为2.0mm、表面压应力为800MPa的强化玻璃上依次镀制过渡层、第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层、减反层、耐磨层。其中第一、第二介质层为AZO，第一、第二保护层为NiCr，导电层为Au，减反层为Nb2O5，耐磨层为C3N4。该具有低电阻和低光学损耗的玻璃，其制备方法的步骤是，
(1)采用异丙醇、石油醚对强化玻璃进行表面清洁。
(2)利用等离子体对清洁的强化玻璃进行表面预处理及活化。
(3)通过直流脉冲磁控溅射技术在预处理的强化玻璃表面镀制15nm的SiO2薄膜作为过渡层。
(1)通过直流脉冲磁控溅射在过渡层上面镀制50nm的AZO薄膜作为第一介质层，Al2O3掺杂比例为2％wt。
(4)通过直流脉冲磁控溅射在第一介质层上面镀制2nm的NiCr薄膜作为第一保护层。
(5)通过直流脉冲磁控溅射在第一保护层上面镀制8nm的Au薄膜作为导电层。
(6)通过直流脉冲磁控溅射在导电层上面镀制1.5nm的NiCr薄膜作为第二保护层。
(7)通过直流脉冲磁控溅射在第二保护层上面镀制40nm的AZO薄膜作为第二介质层，Al2O3掺杂比例为2％wt。
(8)镀制的第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层总厚度为101.5nm。
(9)通过直流脉冲磁控溅射在第二介质层上面镀制25nm的Nb2O5薄膜作为减反层。
(10)通过射频磁控溅射在减反层上面镀制100nm的C3N4薄膜作为耐磨层。
采用上述方法制备的具有低电阻和低光学损耗的玻璃性能见下表。
实施例二
具有低电阻和低光学损耗的玻璃：在厚度为2.0mm、表面压应力为800MPa的强化玻璃上依次镀制过渡层、第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层、减反层、耐磨层。其中第一、第二介质层为AZO薄膜，第一、第二保护层为NiCr，导电层为Au，减反层为SiO2，耐磨层为Si3N4。该具有低电阻和低光学损耗的玻璃，其制备方法的步骤是，
(1)采用异丙醇、石油醚对强化玻璃进行表面清洁。
(2)利用等离子体对清洁的强化玻璃进行表面预处理及活化。
(3)通过直流脉冲磁控溅射技术在预处理的强化玻璃表面镀制18nm的SiO2薄膜作为过渡层。
(4)通过直流脉冲磁控溅射在过渡层上面镀制60nm的AZO薄膜作为第一介质层，Al2O3掺杂比例为2％wt。
(5)通过直流脉冲磁控溅射在第一介质层上面镀制2nm的NiCr薄膜作为第一保护层。
(6)通过直流脉冲磁控溅射在第一保护层上面镀制10nm的Au薄膜作为导电层。
(7)通过直流脉冲磁控溅射在导电层上面镀制1.5nm的NiCr薄膜作为第二保护层。
(8)通过直流脉冲磁控溅射在第二保护层上面镀制60nm的AZO薄膜作为第二介质层，Al2O3掺杂比例为2％wt。
(9)镀制的第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层总厚度为133.5nm。
(10)通过直流脉冲磁控溅射在第二介质层上面镀制20nm的SiO2薄膜作为减反层。
(11)通过射频磁控溅射在减反层上面镀制100nm的Si3N4薄膜作为耐磨层。
采用上述方法制备的具有低电阻和低光学损耗的玻璃性能见下表。
实施例三
具有低电阻和低光学损耗的玻璃：在厚度为10mm聚甲基丙烯酸甲酯上依次涂覆过渡层、镀制第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层、减反层、耐磨层。其中第一、第二介质层为AZO薄膜，第一、第二保护层为NiCr，导电层为Au，减反层为SiO2，耐磨层为C3N4。该具有低电阻和低光学损耗的玻璃，其制备方法的步骤是，
(1)采用异丙醇、石油醚对强化玻璃聚甲基丙烯酸甲酯进行表面清洁。
(2)利用等离子体对清洁的聚甲基丙烯酸甲酯进行表面预处理及活化。
(3)通过涂覆技术在预处理的聚甲基丙烯酸甲酯表面涂覆一层丙烯酸与聚氨酯混合物并固化，将其作为过渡层。
(4)通过直流脉冲磁控溅射在过渡层上面镀制50nm的AZO薄膜作为第一介质层，Al2O3掺杂比例为2％wt。
(5)通过直流脉冲磁控溅射在第一介质层上面镀制2nm的NiCr薄膜作为第一保护层。
(6)通过直流脉冲磁控溅射在第一保护层上面镀制10nm的Au薄膜作为导电层。
(7)通过直流脉冲磁控溅射在导电层上面镀制1.5nm的NiCr薄膜作为第二保护层。
(8)通过直流脉冲磁控溅射在第二保护层上面镀制40nm的AZO薄膜作为第二介质层，Al2O3掺杂比例为2％wt。
(9)镀制的第一介质层、第一保护层、导电层、第二保护层、第二介质层总厚度为113.5nm。
(10)通过直流脉冲磁控溅射在第二介质层上面镀制30nm的SiO2薄膜作为减反层。
(11)通过射频磁控溅射在减反层上面镀制120nm的C3N4薄膜作为耐磨层。
采用上述方法制备的具有低电阻和低光学损耗的玻璃性能见下表。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
