Ag-Ti界面析出相AgTi3对银膜团聚抑制机理的多尺度计算模拟研究

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. In recent years, suppression of Ag agglomeration in co-sputtered Ag-Ti thin film is a popular topic. However, the agglomeration suppression mechanism based on atomic level is still lack, especially for the Ag-Ti precipitated phase, AgTi3..Multiscale modeling can be implemented to reveal the experimental phenomena at an atomic level and provide theoretical explanation on the mechanisms. Our project will be perform to investigate the effects of AgTi3 on suppression of Ag agglomeration in co-sputtered Ag-Ti thin film. The project involves: (1) simulations on the growth process of Ag clusters/films on Ti and AgTi3 surfaces, knowing about the nucleation and growth, exploring the control mechanism of fine structure (morphology, defects , size and composition) of interfaces, extracting the thermodynamic and kinetic descriptors; (2) studies on the structure-activity relationships of Ti based substrates in agglomeration suppression mechanism, illustrating the relations of coverage, mismatch, possible defects and thermal stability. The significance of this project is the understanding of the agglomeration suppression mechanism of AgTi3. 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，但钢化过程中会受热发生团聚而失效。近年来利用Ag-Ti扩散型界面抑制银膜团聚备受关注，但尚未建立一个清晰明确、基于原子尺度的物理模型，尤其是对新观测到的Ag-Ti析出相AgTi3对团聚抑制机理的研究仍不明确，需要在理论上基于多尺度计算模拟做出合理的解释和说明。本项目通过密度泛函和从头算分子动力学方法基于已有研究工作，选取Ag(111)/Ti(0001)和Ag(111)/AgTi3(111)界面为模型开展关于多尺度计算模拟，系统地考察银膜在钛基表面上的生长过程、AgTi3形成及结构演变，找出膜层生长中调控组织、结构、尺寸和缺陷、形貌等规律以及各个反应因素间相关性，充分认识生长机理本质，揭示界面相微结构与表面效应以及对银粒子聚集、生长的影响，从原子层面上阐明AgTi3对银膜团聚抑制机理，对工业应用中提高低辐照玻璃银膜热稳定性具有重要意义。

节能已然成为这个社会和时代的使命，而建筑节能则是实现社会总节能的关键所在，近年来研究开发的低辐射镀膜玻璃（Low-E玻璃）可以很好的满足现代建筑的节能应用需求。但值得注意的是，低辐射镀膜玻璃中的功能性材料——银膜，在玻璃钢化程序中受热时，容易形成团聚，使薄膜导电性能劣化、雾度增加，甚至脱膜进而功能丧失，这一缺点限制了其应用范围，近年来学术界和工业界为抑制银膜高温团聚做出了很多尝试，但距离完全揭示团聚抑制机理的目标还有很长的路要走，本项目从原子层面对低辐射镀膜玻璃中银膜团聚抑制机理进行深入的研究和探讨。基于密度泛函理论，研究了几种Ag-Ti金属间化合物的基本性质，然后以AgTi3这种界面析出相对银膜团聚的抑制作用机理为核心，展开了一系列相关的探索研究，主要讨论了贵金属Ag原子在AgTi3和Ti等不同表面上的吸附和扩散，发现了Ag原子在所考虑表面上的吸附规律及扩散情况，所得主要结果如下：.研究了贵金属Ag原子在AgTi3(111)、AgTi3(011)和Ti(0001)等各个不同表面的原子吸附、表面扩散等。发现所有Ag吸附原子都可以化学吸附在AgTi3或Ti表面上，而Ag原子在AgTi3表面上的扩散，特别是在AgTi3(111)表面上的扩散要比在Ti(0001)表面扩散更困难。因此，可以有依据地得出结论，AgTi3相可以有效地抑制Ag原子的团聚。界面分离功的计算结果表明，Ag(111)/ AgTi3(111)界面的模型是热力学稳定的。总的来说，AgTi3合金对于银膜团聚的抑制有较好的效果，并且符合低辐射镀膜玻璃的光学应用需求。此外，对比Ag原子在AgCu3(112)、AgCu3(100)两个不同表面的扩散势垒的考察中，发现Ag原子在AgCu3(112)、AgCu3(100)表面上的扩散势垒分别为0.48eV和0.43eV，明显较低，与第三章中AgTi3(111)表面（扩散势垒0.79eV）和AgTi3(110)表面（扩散势垒1.18 eV）相比，Ag原子在AgCu3表面比在AgTi3表面要更加容易扩散。也就是说，AgCu3相对Ag膜团聚的抑制效果并不如AgTi3相，该结果在一定程度上证实了使用Ti元素在银膜中的掺杂，对Ag膜团聚的抑制作用可产生良好的效果。