无机电致变色玻璃透过率与节能效果分析

为了更好地发挥电致变色玻璃的主动调控光谱的属性,以两玻一腔中空玻璃为例,讨论可见光透过率和节能效果(遮蔽系数)变化。研究发现,为了获得更大的可见光透过率差(褪色态-着色态),重点是提高电致变色玻璃透过率,但相比于成本更高的电致变色玻璃,提高Low-E玻璃透过率更为现实;为了更大限度地发挥电致变色玻璃的节能特性,分别将电致变色玻璃放置于中空玻璃的室内外侧与室外侧测试,结果表明当电致变色玻璃位于室外侧时,遮蔽系数变化幅度最大(0.46),更能适应多种场景下的使用,同时也对电致变色玻璃的膜层性能提出了更好的要求。

固态全无机电致变色玻璃窗透过率与遮蔽系数测试与分析

为了更好地发挥电致变色玻璃主动调控光谱的属性,为电致变色玻璃在建筑上的应用提供理论指导,以两玻一腔中空玻璃为例讨论了可见光透过率和遮蔽系数(节能效果)变化。研究发现,获得更大的可见光透过率差(褪色态-着色态)重点是要提高电致变色玻璃透过率,但相比于成本更高的电致变色玻璃,提高Low-E玻璃透过率更为现实。为了更大限度地发挥电致变色玻璃的节能特性,分别将电致变色玻璃放置于中空玻璃的室内侧与室外侧测试,结果表明当电致变色玻璃位于室外侧时,遮蔽系数变化幅度最大(0.46),更能适应多种场景下的使用,但同时也对电致变色玻璃的膜层性能提出了更高的要求。

基于椭圆偏振光谱法的玻璃表面离子束改性分析

采用阳极层线性离子源解离氮气对玻璃表面进行刻蚀处理,研究表面改性后玻璃表面的变化,并分析离化电压对表面粗糙度、折射率以及光学厚度的影响。在此基础上,基于椭圆偏振光谱仪,通过对比不同表面状态下的Δ光谱,讨论固定波长变化入射角的Δ光谱曲线特征与表面折射率、布儒斯特角、粗糙度以及光学厚度之间的关系。结果表明,刻蚀后玻璃的布儒斯特角附近的Δ光谱曲线形状发生变化,突变向高角度偏移,曲线下降斜率增大。通过建模并拟合分析发现,氮离子束轰击使玻璃表面产生光密介质层,表面折射率增大,布儒斯特角增大,粗糙度降低,且随离化电压升高,折射率不变,而光密介质层厚度增加。由原子力显微镜分析表面形貌,验证了离子束对玻璃表面的平整化作用。X射线光电子能谱结果表明离子束使玻璃表面发生选择性溅射,推断光密介质层的产生来自于离子束对玻璃表面的夯实作用。此外,推导并验证了Δ光谱曲线的特征与材料表面状态之间的普适关系,提出了基于椭圆偏振光谱仪的材料表面评估方法,即Δ曲线的突变发生角度增大说明折射率与布儒斯特角的增大;下降斜率增大说明表面粗糙度减小;曲线两端尖角增大说明光学厚度增大。反之亦然。

基于遗传算法的浮法玻璃光学常数测量与分析

浮法玻璃作为镀膜产品的基片,分析其光学常数是进行产品光学设计及质量控制的基础。由于反射光无法完全体现材料吸收特征、玻璃两个界面的多次反射光产生退偏问题,使利用椭偏原理分析浮法玻璃光学常数存在局限性。本文利用分光光度计测量浮法玻璃300~2500 nm范围透射光谱,根据光谱特征,建立以高斯振子及极振子为核心的复合振子模型,共15个未知参数,利用遗传算法依据透射光谱数据分析获得最佳振子参数,得到相应的光学常数,符合浮法玻璃基本光学特性。

光流场在光纤材料离面位移测量中的应用

为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变的检测,建立了图像楔面化模型,提出了一种基于光流的离面位移测量技术。实验装置由一部带有工业相机的光学显微镜和一个放置倒像器的支架构成,通过支架的倾斜可对光纤传像材料加载形变。首先,在显微镜下用工业相机采集变形前后的两幅二维图像。接着,用Brox光流算法得到两幅图像之间的光流运动场。最后,根据图像楔面化模型,由两幅图像之间的光流场得到两幅图像之间的离面位移场并分析了实验结果。实验结果表明,在光学放大50倍的显微镜下多次测量结果的绝对误差均小于0.1μm,相对误差均小于2%。该方法只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量,提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作,适合动态原位测量。该方法测量误差较小,目前已被应用于光纤传像材料的微纳米尺度形变与均匀度工业监测。

中高温太阳光谱选择性吸收涂层金属钨红外反射层的性能研究

采用脉冲直流磁控溅射法,在不同的基片温度下制备金属钨薄膜,并对薄膜的反射光谱、电学性能、晶体结构、表面形貌等进行了分析。结果表明,在300℃基片温度下获得完全热力学稳定的体心立方α-W金属膜,并具有(110)晶面择优取向,薄膜电阻率为22μΩ·cm,500℃发射率低于0.07。通过薄膜沉积过程中基片加热的方法,在较小的薄膜厚度,即150 nm以下,将亚稳相β-W全部转变为稳定相BBCα-W,适合中高温太阳光谱选择性吸收涂层中红外反射层的规模化制备;不同晶体结构W做红外反射层的吸热膜膜系大气环境400℃热稳定性测试进一步证实了α-W膜做红外反射层显著提高吸热膜膜系热稳定性。

基于多面体畸变的高性能钙钛矿及衍生物的合成研究进展

以钙钛矿为代表的共点配位多面体晶体(CSCPC)具有独特而丰富的光、电、磁性质,在多铁材料、快离子导体、光电催化等方面具有广阔的应用前景.在众多CSCPC中,具有优异理化性质的相只是极少数.因此,如何通过结构调控获得这些相,一直是相关领域的研究热点和“卡脖子”问题.受此启发,本文从相结构的角度评述了近年来高性能CSCPC的合成研究,以期明确相转变的内在规律,并揭示其中所蕴藏的相调控机制.首先系统地总结了CSCPC中常见的多面体和晶格骨架的类型,并将多面体畸变大致分为偏移、转动、变形三大类.以此为基础,对各类材料合成方案进行分析和归纳,发现传统的合成方案多依赖于宏观尺度上对温度、压力、组分等外部物理条件的改变.近年来,新兴的合成方案聚焦于对多面体几何和拓扑结构的微观调控,如利用容忍因子和基板趋近效应来构造相结构.它们在本质上都遵循着共同的相调控机制,即通过引发多面体的畸变来诱导晶体转变成具有目标属性的相结构.不同的是,后者具有更强的目标导向性,但其适用面还局限在配位八面体的转动体系,如何拓展其应用范围尚存挑战性.此外,“明确引发畸变的根源及各畸变间相互作用”以及“基于计算机科学的定制化指导”都是优化合成方案的未来方向.本文所做的调研和评述以期为高性能CSCPC材料的设计和制备提供一些思路和启发.

固态全无机电致变色器件透过光谱计算与测试

利用椭圆偏振仪拟合得到的褪色态电致变色层WO3、着色态电致变色层LixWOy、离子传导层Ta2O5、离子存储层NixO、Si O2薄膜折射率与消光系数,通过TFCalc光学设计软件计算器件褪色态、着色态透过光谱。发现波长550 nm处,理论器件变色幅度可以达到66.9%,大于实际测试光谱的56.7%(施加电压±5 V);通过增加减反层,可以进一步提高器件变色幅度至77.7%。

基于遗传算法的Low-E膜系中透明介质膜层均匀性在线分析

本文针对离线Low-E镀膜玻璃生产控制过程中对厚度均匀性的需求,提出依据在线测试膜层膜面反射光谱数据,建立柯西光学模型利用遗传算法分析膜层厚度均匀性的方法。采用的在线光谱测量装置安装于镀膜设备产品出口端,在镀膜玻璃宽度方向可以测量24个位置的380~780nm波长范围。研究表明在分析过程利用各点平均光谱由遗传算法分析获得膜层折射率及平均厚度,针对性地建立膜层材料在特定厚度范围内的颜色与厚度关系,在保证分析结果正确性的同时提高了数据分析效率。

基于遗传算法的Low-E膜系中透明介质膜层均匀性在线分析

本文针对离线Low-E镀膜玻璃生产控制过程中对获悉透明介质膜层厚度均匀性的需求,提出依据在线测试膜层膜面反射光谱数据,建立柯西光学模型利用遗传算法分析膜层厚度均匀性的方法及流程。采用的在线光谱测量装置安装于镀膜设备产品出口端,在镀膜玻璃宽度方向可以测量24个位置的380~780 nm波长范围光谱,每测量点所需时间小于260毫秒。研究表明在分析过程利用各点平均光谱由遗传算法分析获得膜层折射率及平均厚度,针对性地建立膜层材料在特定厚度范围内的颜色与厚度关系,在保证分析结果正确性的同时提高了数据分析效率。

固态全无机电致变色器件透过光谱计算与测试

利用椭圆偏振仪拟合得到的褪色态电致变色层WO3、着色态电致变色层LixWOy、离子传导层Ta2O5,离子存储层NixO、SiO2;薄膜折射率与消光系数,通过TFCalc光学设计软件计算器件褪色态、着色态透过光谱。发现波长550nm处,理论器件变色幅度可以达到66.9%,大于实际测试光谱的56.7%(施加电压±5V);通过增加减反射层,可以进一步提高器件变色幅度至77.7%。

单目显微成像系统三维形变测量方法

为实现玻璃光纤、石英光纤等光学产品高精度、低成本的三维微纳尺度形变检测,提出了一种单目显微成像系统三维形变测量新方法。根据图像球面化算法建立了面内位移与离面位移的几何关系,在采用数字图像相关算法或光流法测量变形前后图像的面内位移后,根据常规斜面模型从面内位移中提取离面位移,完成三维形变测量。模拟实验与应用实验的结果表明在50倍光学显微镜下测量的绝对误差均小于0.2μm,证实了方法的有效性。该方法充分利用了面内位移场携带的离面位移信息,只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量,提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作,具有检测成本低、光路简单、普适性强等优势。目前该方法已被用于玻璃光纤、石英光纤等光学产品的工业生产检测与监控中,同时为其它固体材料的微纳米尺度形变动态测量提供了新的思路。

柔性透明的自支撑氟锑共掺杂氧化锡电纺纳米纤维膜

以四氯化锡、三氯化锑和氟化铵为前驱体,通过静电纺丝技术制备柔性透明自支撑的氟锑共掺杂氧化锡(FATO)纳米纤维膜。研究表明,该柔性FATO纤维膜具有四方相金红石晶体结构,呈现出无规的纤维网状分布。当前驱体煅烧温度逐渐增加时,纤维的平均直径逐渐减小,而组成纤维的颗粒平均粒径逐渐增大;可见光透过率逐渐增大,电阻率逐渐减小。经700℃高温煅烧,FATO纤维膜的电阻率为0.97Ω·cm,可见光的透光率达到88%。重要的是,该自支撑FATO纳米纤维膜显示出优异的柔韧性,在弯曲500次后其电阻率基本不变。预计该FATO薄膜在柔性液晶显示器、塑料薄膜太阳能电池和柔性电光器件等领域有巨大的潜在应用价值。

散斑相关理论测量光纤材料离面位移的新方法

为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变监测,基于数字散斑相关理论提出了一种测量离面位移的新方法。运用数字散斑相关算法测得材料变形前后两幅图像之间的面内位移,然后根据楔面化模型即可得到光纤传像材料在显微镜下的离面位移场。介绍了离面位移提取算法的原理,并基于球面化理论对光纤传像材料离面位移测量进行了计算机模拟和实验测试,模拟结果与实验结果均表明该方法可以由二维图像中直观的面内位移直接提取离面位移,可以完成光纤传像材料的实时形变测量。该方法的优点为实验装置十分简单,只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量,提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作,适合于动态测量。

介质/金属/介质透明导电多层膜的椭圆偏振光谱研究

拥有介质/金属/介质结构的透明导电多层膜的光学与电学性能优于单层透明导电氧化物膜或金属膜,且能够在低温下制备。采用磁控溅射室温制备ZnO/Ag/SiN透明导电多层膜,并进行变角度椭圆偏振光谱测量。对单层膜建立物理模型并进行拟合,获得每层膜的折射率与消光系数。由单层膜模型组建多层膜模型,使多层膜的椭圆偏振光谱拟合值与实测值相吻合。拟合结果表明,不同O_2和Ar流量比条件下制备衬底层ZnO时,功能层Ag的Drude模型中载流子浓度几乎不变,而迁移率不同。当O_2和Ar流量比使ZnO处于氧化态时,Ag层的迁移率最高,由X射线衍射分析发现,此时Ag层具有最强的结晶强度与择优取向。

钛掺杂对低辐射银膜的团聚抑制作用

以金属Ag作为红外反射功能层的低辐射多层膜受热易产生团聚,严重损害导电性与低辐射性能。本文提出在金属Ag膜层中掺杂Ti元素,研究Ti掺杂对Ag基低辐射多层膜的团聚抑制作用以及对热处理后性能的影响。采用磁控溅射制备SiN_x/Ag/Si Nx与Si Nx/Ag-Ti(1.1 at%)/Si Nx多层膜,其中Ag(Ti)层厚度为20 nm,并进行真空与非真空热处理(大气环境)。通过对比有无Ti掺杂的Ag基多层膜热处理前后的背散射电子形貌、面电阻、辐射率与透光率,发现无论真空还是非真空热处理,Ti掺杂均显著提高Ag膜的热稳定性,抑制团聚的生成。热处理后的面电阻、辐射率与透光率均显著优于未掺杂Ag基多层膜。进一步,观察背散射电子形貌随热处理温度的变化,分析了无掺杂Ag膜团聚的形成过程,并推测了Ti掺杂对Ag膜团聚的抑制机理。