磁控溅射法镀制红外低辐射膜的研究进展(2)

第４５卷辛荣生，等：磁控溅射法镀制红外低辐射膜的研究

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膜对波长较大的红外线具有高反射性。

另外，当一个薄膜表面受到电磁辐射时，除了反射（Ｒ）外，还有吸收（Ａ）、透射（τ），它们之间有

使用中不受破坏。现在的膜设计一般是在银上面增加阻挡层，如ＮｉＣｒ合金、Ｔｉ金属薄层等［４］，以防止银氧化。还有研究发现银靶中掺Ｐｄ，可以大大提高银的抗潮能力［５］；银靶中掺Ａｕ，可以提高薄膜的抗氧化性能［６］。

Ａ＋Ｒ＋τ＝１００％的关系。而物体吸收热量后

还会再发射出去，称之为热量的电磁辐射，用发射率或辐射率Ｅ表征。基尔霍夫定律指出：在热平衡条件下，物体发射的辐射功率必等于它吸收的辐射功率，即在热平衡时Ｅ＝Ａ，所以有：

Ｅ＝（１－Ｒ－τ）

可见，具有红外高反射率的薄膜，也就是红外低辐射薄膜，它能阻止室内物体热量的流失，这时τ≈０，Ｅ≈（１－Ｒ）。因为根据维恩定律，物体最大热辐射率的波长λｍａｘ与绝对温度Ｔ之间有如下的关系：

Ｆｉｇ．１

图１

低辐射膜膜系的典型结构

Ｔｙｐｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌｏｗ－ｅｍｍｉｓｓｉｖｉｔｙｆｉｌｍｓ

λｍａｘ＝２８９８／Ｔ（Ｋ）（μｍ）

代入Ｔ＝２９３Ｋ，得λｍａｘ＝９．８９μｍ。实际上当室内物体温度为２９３Ｋ（２０℃）时，室内物体辐射的红外线能量大部分是落在

为了保护金属膜，在金属膜的两侧需要镀介质膜，如ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２膜等。内侧介质膜用来提高银与玻璃表面的附着力，同时兼有调节膜系光学性能和颜色的作用［７］。外层介质膜既是减反射膜也是保护膜，有时也称它为增透膜。两侧的介质膜厚度都小于四分之一光学波长，

通常在

３￣１０μｍ的波长范围内，低辐射薄膜对物体这

个波长范围的热辐射能正好具有高反射性，因此将该膜镀在窗玻璃上冬季可以阻止室内物体热量通过窗户流出室外。同样，镀有低辐射膜的窗玻璃夏季也能阻挡室外红外辐射热量流入室内。

这些就是低辐射薄膜的保温隔热原理，这种节能的方式不论对于玻璃还是柔性透明ＰＥＴ衬底都是一样的，镀膜本身并不改变玻璃或者ＰＥＴ的性质，但膜却能反射红外辐射。这也是为什么将透明柔性衬底低辐射薄膜贴在玻璃上也能起作用的原因。

根据太阳光谱能量分布可知，太阳辐射能量的９７％集中在波长０．３￣２．５μｍ的范围内，当膜层很薄时，这个波长范围的光一般还是能够透过薄膜的。因此用低辐射薄膜装配门窗玻璃，对采光的影响不大。

３０￣７０ｎｍ范围内。并且，介质膜的折射率越高，整

个膜系的透射率也越高。因ＴｉＯ２的折射率较高（为２．５左右），且有光催化活性［８］，故常选择ＴｉＯ２作介质层。不过，作为增透膜的ＴｉＯ２介质层虽有保

护作用，但它的硬度并不很高，在近几年的膜设计中，也出现了增透层加镀顶层膜的方法，选择诸如

Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２等材料作顶层膜，以增加低辐射薄膜的

强度、化学稳定性、耐磨性和耐蚀性等［９，１２］。

３磁控溅射制备方法

磁控溅射法可分为直流磁控溅射和射频磁

控溅射以及中频反应孪生靶溅射（ＴｗｉｎＭａｇ）等方法。射频磁控溅射法用在靶材为绝缘体的场合，当然也可以用于金属靶材，特别是在反应溅射中，由于金属靶材往往会在靶的表面形成一层金属氧化物造成电荷堆积使溅射中止，所以这时就不能用直流磁控溅射的方法。Ｍ．Ｍｉｙａｚａｋｉ等人用射频溅射的办法，在玻璃表面镀制了ＺｎＯ／Ａｇ／金炯等人用射频溅射法镀ＺｎＯ的低辐射薄膜［１０］。

制了ＴｉＯ２／Ａｇ／Ｔｉ／ＴｉＯ２的薄膜［１１］。

２典型的膜层结构

目前采用磁控溅射法制备的红外低辐射膜

［２］

的典型膜层结构如图１所示。

低辐射薄膜的中间金属层起着反射红外线的重要作用，一般选用银，因它在对红外光具有较高反射率的同时，对可见光还具有较高的透射率，按银膜的数量可分为单银膜（图ａ）、双银膜（图ｂ）

和多银膜，

每层银膜厚度一般在

［３］

ＴｗｉｎＭａｇ磁控溅射法可以制备性能更为优良

的Ｌｏｗ－Ｅ膜［２］，尤其当介质层为ＴｉＯ２时运用的很

多。因为用直流溅射法时，ＴｉＯ２的溅射率很低，而用ＴｗｉｎＭａｇ磁控溅射法，ＴｉＯ２的溅射率就得到很大提高了。Ｓｚｃｚｙｒｂｏｗｓｋｉ等人利用该方法制得了透射率为８０％的Ｌｏｗ－Ｅ膜

［１２］

１０￣１８ｎｍ之间。但由于银膜的稳定性较差，尤

其是在溅射的条件下容易氧化

，所以目前研

究的热点是如何保护银层在溅射镀膜和后期

。

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