Вплив фтору на оптичні властивості прозорих електропровідних плівок SnO₂ отриманих піролітичним методом на флоат-склі

Електропровідні покриття на основі оксидів Sn широко застосо-вуються як прозорі плівкові нагрівачі на виробах технічної кераміки та спеціального скла. Такі плівки найчастіше отримують піролітичним методом із застосуванням розчинів сполук олова. Для покращення показників електропровідності отримані плівки модифікують шляхом введення легуючих елементів, основними з яких є Sb, In та F. Останній виявляє найбільший вплив на зміну електропровідних властивостей SnO₂ плівок, але призводить до небажаних наслідків, які виявляються у втраті прозорості плівок, в наслідок хімічного впливу F⁻ на поверхню силікатного скла, а також суттєвого зниження їх коефіцієнту пропускання – «затемненні» у видимому діапазоні.

Метою роботи було дослідити вплив фтору, як легуючого елементу на оптичні властивості електропровідних плівок SnO₂ при різних співвідношеннях Sn/F. Створення плівок проводили піролітичним методом шляхом нанесення аерозолів 1М водно-спиртових розчинів хлоридів Sn²⁺ та Sn⁴⁺ на розігріті до температури 500 ºС зразки силікатного флоат-скла розміром 35х35х3 мм. Легування плівок SnO₂ здійснювали шляхом введення в робочі розчини NH₄F в кількості, необхідній для створення співвідношення Sn/F від 1 до 100. Контрольні розчини не містили NH₄F.

Оптичні властивості оцінювали візуально на предмет прозорості плівок, наявності дефектів, пов’язаних з корозійним впливом F^- на поверхню скла. Світлопропускання зразків скла з нанесеним покриттям досліджували за допомогою: спектрофотометра СФ-46 – у видимій та ультрафіолетовій частині оптичного діапазону довжин хвиль, та ІЧ-Фур’є спектрометра ФСМ 1202 – в інфрачервоній частині.

Виявлено, що область максимуму електропровідності знаходиться на границі співвідношеннь Sn²⁺/F = 7, та Sn⁴⁺/F = 10. Більша кількість F призводить до помітного зниження прозорості та однорідності плівок та, як наслідок – до різкого зниження їх електропровідності. При менших співвідношеннях залежність електропровідності плівок SnO₂ модифіко-ваних F закономірно залежить від його вмісту в робочому розчині та зменшується експоненціально. Плівки з високим вмістом F мають суттєво менше світлопропускання як у видимому, так і в ІЧ діапазоні довжин хвиль (рис. 1). При цьому зниження світлопропускання в ІЧ області від 2 мкм до 4 мкм є більш істотним, ніж в діапазоні від 0,4 до 0,8 мкм. Експериментально підтверджено, що питомий опір плівок SnO₂ отриманих з робочих розчинів Sn⁴⁺/F в 2-4 рази менший ніж у плівок  отриманих з розчинів Sn²⁺/F при інших рівних умовах, про що свідчать результати представлені на рисунку 2.

Рисунок 1 – Зовнішній вигляд та спект-ральні характеристики зразків скла з нанесеним електропровідним покриттям отриманим з використанням піролізу 1М спиртових розчинів сполук: 1 – Sn²⁺; 2 – Sn²⁺ + F; 3 – Sn⁴⁺; 4 – Sn⁴⁺ + F⁻

Рисунок 2 – Залежність питомого поверх-невого опору зразків від вмісту фтору в 1М спиртових розчинах сполук: 1– Sn²⁺ ; 2 – Sn⁴⁺

Таким чином, в результаті дослідження встановлено, що модифіку-вання плівок SnO₂ фтором не лише збільшує їх електропро-відність, але й знижує загальне світлопропускання плівок як у видимому, так і в ІЧ діапазоні довжин хвиль. Зниження питомого опору зазначених плівок носить більш виражений характер при використанні водно-спиртових розчинів на основі сполук Sn⁴⁺, як із застосуванням NH₄F так і без нього. Показано, що максимально можливе співвідношення для отримання якісних прозорих плівок SnO₂ становить Sn²⁺/F = 7, та Sn⁴⁺/F = 10. Встановлено, що зниження коефіцієнту пропускання плівок в ІЧ частині спектра для Sn⁴⁺+F менше, ніж для Sn²⁺+F.