專利名稱：熱致變色基板和制造所述熱致變色基板的方法
熱致變色基板和制造所述熱致變色基板的方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求于2012年12月26日遞交的韓國專利申請?zhí)?0-2011-0142055的優(yōu)先權(quán)，其申請的全部內(nèi)容為了所有目的通過引用合并于此。
發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種熱致變色基板和制造該熱致變色基板的方法，且更具體地，涉及一種具有熱致變色薄膜的熱致變色基板和制造該熱致變色基板的方法。
背景技術(shù)：
熱致變色現(xiàn)象是指過渡金屬的氧化物或硫化物在低于和超過特定溫度(即其轉(zhuǎn)變溫度(Tc))時(shí)經(jīng)歷其晶體結(jié)構(gòu)上的改變，由此其物理性能(導(dǎo)電率和紅外(IR)透射率)突然變化的現(xiàn)象。
當(dāng)用具有這種熱致變色能力的薄膜涂覆玻璃時(shí)，可以制造“智能窗(smartwindow) ”，該“智能窗”當(dāng)在或超過預(yù)定溫度時(shí)透射可見光，但阻擋近紅外線和紅外線，以防止室內(nèi)溫度上升。智能窗在交通工具或建筑物上的應(yīng)用可在節(jié)能方面非常有效。呈現(xiàn)出熱致變色現(xiàn)象的材料包括幾種過渡金屬的氧化物，其中二氧化釩(VO2)由于其轉(zhuǎn)變溫度為68°C而正被用于研究，該轉(zhuǎn)變溫度相對接近于使實(shí)際應(yīng)用成為可能的溫度。
釩氧化物，例如W2,以各種晶相形式存在，例如V203、V3O5, V4O7, V6O11, V5O9, V6013、V4O9, V3O7, V2O5和V02。所述熱致變色特性在VO2的晶相中出現(xiàn)。
因此，為了將以各種晶相，例如V2O3、V3O5、V4O7、V5O9、V6O11, V6O13、V4O9、V3O7、V2O5 和VO2存在的釩氧化物，轉(zhuǎn)化為VO2的晶相，采用了將玻璃基板加熱至高溫，然后用釩氧化物涂覆所述玻璃基板，以及用釩氧化物涂覆玻璃基板，隨后進(jìn)行后退火等方法。
使用所述VO2薄膜的熱致變色玻璃由于VO2的獨(dú)特顏色而具有微黃色。
但是，作為一種缺陷，當(dāng)所述熱致變色玻璃被用于建筑業(yè)時(shí)，由于消費(fèi)者更喜歡微綠色、微藍(lán)色或微灰色，因此使用所述VO2薄膜的熱致變色玻璃并不符合消費(fèi)者的需求。
在此發(fā)明背景部分公開的信息僅用于增加對本發(fā)明背景技術(shù)的了解，不應(yīng)被看作承認(rèn)或以任何形式暗示上述信息形成現(xiàn)有技術(shù)，該現(xiàn)有技術(shù)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
發(fā)明概述
本發(fā)明的各方面提供了一種熱致變色基板，所述熱致變色基板的顏色滿足消費(fèi)者需求，以及制造所述熱致變色基板的方法。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種熱致變色基板，所述熱致變色基板包括基底基板；形成在所述基底基板上的熱致變色薄膜；和形成在所述熱致變色薄膜上的光致變色薄膜。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述光致變色薄膜可以吸收380nm至780nm范圍內(nèi)的波長，并由選自銀(Ag)、鹵化Ag、鹵化鋅(Zn)、螺卩比喃和二芳基乙烯中的至少一種物質(zhì)制成。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述熱致變色薄膜可以包含選自二氧化釩(VO2)、氧化鈦(III) (Ti2O3)和氧化鈮(NbO2)中至少一種。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述熱致變色薄膜可以摻雜選自鑰(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)、鎳(Ni)和鋯(Zr)中的至少一種物質(zhì)。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述熱致變色基板可以進(jìn)一步包括在所述基底基板和所述熱致變色基板間的氧化物或氮化物薄膜。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述氧化物或氮化物薄膜可以由選自二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一種制成。所述氧化物或氮化物薄膜的厚度優(yōu)選在30nm至80nm的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造熱致變色基板的方法，所述方法包括下列步驟:在玻璃基板上作為涂層形成氧化物或氮化物薄膜；在所述氧化物或氮化物薄膜上作為涂層形成VO2薄膜；并在所述VO2薄膜上作為涂層形成光致變色薄膜。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，可以使用由摻雜選自Mo、W、Cr、Ni和Zr中的至少一種物質(zhì)的VO2制成的濺射靶進(jìn)行形成所述VO2薄膜的步驟，或使用由VO2制成的濺射靶和由選自Mo、W、Cr、Ni和Zr中的至少一種制成的派射祀進(jìn)行。
在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，形成所述光致變色薄膜的步驟可以通過直流(DC)濺射沉積或溶膠-凝膠法進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可調(diào)節(jié)所述熱致變色基板的顏色以使其滿足消費(fèi)者的需求，并優(yōu)選可被調(diào)節(jié)為使所述熱致變色基板具有微灰色。
本發(fā)明所述方法和設(shè)備具有的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過附圖變得明了或在附圖中闡明更多細(xì)節(jié)，所述附圖合并于此，在下面的發(fā)明詳述中，連同附圖一起用來解釋本發(fā)明的特定原理。
附圖簡述


圖1為示意性地描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的熱致變色基板的示意性橫截面視圖2為描述作為光致變色材料的氧化鑰(VI) (MoO3)基于光照射時(shí)間的吸收率的曲線圖3為描述用光致變色材料涂覆的透鏡的透射率的曲線圖4為描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的二氧化釩(VO2)薄膜、光致變色薄膜和多層薄膜的透射率的曲線圖，所述多層薄膜包括VO2薄膜和疊加在所述VO2薄膜上的光致變色薄膜；以及
圖5為示意性地描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的制造熱致變色基板的方法的流程圖。
發(fā)明詳述
現(xiàn)在將對本發(fā)明的具有熱致變色薄膜的熱致變色基板，以及制造該熱致變色基板的方法進(jìn)行詳細(xì)說明，其實(shí)施方式在附圖中說明并如下所述。
在下面對本發(fā)明的描述中，當(dāng)對合并于此的已知功能和組件的詳細(xì)說明可能造成本發(fā)明的主題不清楚時(shí)，將被省略。
圖1為示意性地描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的熱致變色基板的示意性橫截面視圖。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的熱致變色基板包括玻璃基板100、氧化物或氮化物薄膜200、二氧化釩(VO2)薄膜300，和光致變色薄膜400。
所述玻璃基板100是具有預(yù)定面積或厚度的透明或著色基板。所述玻璃基板優(yōu)選為鈉鈣玻璃。
所述氧化物或氮化物薄膜200形成在玻璃基板100上，并作為鈉擴(kuò)散屏障以防止在制造所述熱致變色基板的過程中于350°C或更高的溫度下所述玻璃基板中的鈉(Na)離子擴(kuò)散進(jìn)入VO2薄膜300中，所述VO2薄膜300將在后面說明。否則，所述VO2薄膜將由于鈉擴(kuò)散而失去熱致變色特性。
所述氧化物或氮化物薄膜200可以由選自，但不限于，二氧化硅(SiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一種材料制成。雖然所述氧化物或氮化物薄膜200的厚度優(yōu)選在30nm至80nm的范圍內(nèi)，但其厚度可以隨將被涂覆的材料類型和涂層材料的折射率等進(jìn)行改變。
所述VO2薄膜300形成在所述氧化物或氮化物薄膜200上，并隨溫度進(jìn)行相變，由此調(diào)節(jié)紅外(IR)輻射的透射率。
所述VO2薄膜300的轉(zhuǎn)變發(fā)生在預(yù)定的溫度下，在該溫度下VO2的晶體結(jié)構(gòu)由于熱致變色現(xiàn)象而發(fā)生改變，因此所述VO2薄膜的物理性能(導(dǎo)電率和紅外輻射透射率)急劇變化。結(jié)果，所述VO2薄膜300阻擋了近IR輻射和IR輻射，同時(shí)允許可見光通過。
所述VO2薄膜300可以用摻雜劑進(jìn)行摻雜以降低VO2的相變。所述VO2薄膜優(yōu)選用選自鑰(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)、鎳(Ni)和鋯(Zr)中的至少一種進(jìn)行摻雜。
所述光致變色薄膜400形成在所述VO2薄膜300上，由此其可調(diào)節(jié)光致變色基板的顏色。
當(dāng)用光照射所述光致變色薄膜400時(shí)，其化學(xué)物質(zhì)的連接結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，由此形成了具有不同吸收光譜的異構(gòu)體。結(jié)果，所述薄膜的顏色可逆地發(fā)生了改變。
圖2為描述作為光致變色材料的氧化鑰(VI) (MoO3)基于光照射時(shí)間的吸收率的曲線圖。如圖2所示，可知所述光致變色材料的光吸收率隨光照射時(shí)間發(fā)生改變，而且所述光致變色材料的顏色由于改變的光吸收率而發(fā)生改變。
圖3為描述用光致變色材料涂覆的透鏡的透射率的曲線圖。如圖3所示，可知在白天，當(dāng)紫外線(UV)輻射照射其上時(shí)，所述光致變色透鏡的顏色發(fā)生改變，由此所述光致變色透鏡的透射率減小。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的光致變色薄膜400優(yōu)選吸收380nm至780nm范圍內(nèi)的波長，因此所述熱致變色基板具有微灰色。
吸收380nm至780nm范圍內(nèi)波長的材料可以由選自銀(Ag)、鹵化Ag、鹵化鋅(Zn)、螺吡喃和二芳基乙烯中的至少一種材料實(shí)現(xiàn)。
以這種方法，可以通過用所述光致變色薄膜涂覆具有微黃色的所述VO2薄膜來調(diào)整所述熱致變色基板的顏色。
特別地，通過用吸收380nm至780nm范圍內(nèi)波長的光致變色薄膜涂覆VO2薄膜，可以制造具有微灰色的熱致變色基板，當(dāng)這種基板用于建筑業(yè)時(shí)，將會受到消費(fèi)者的歡迎。
即，當(dāng)VO2薄膜具有微黃色，且根據(jù)國際照明委員會(CIE)L*a*b*色系，a在±5的范圍內(nèi)且b為10以上時(shí)，可以通過用吸收380nm至780nm范圍內(nèi)波長的光致變色薄膜涂覆所述VO2薄膜，以此賦予所述熱致變色基板以灰色，其中a在±5的范圍內(nèi)且b為15以下。
表I
以上表I為顯示了 VO2薄膜和光致變色薄膜的a和b值，以及使用所述VO2薄膜和所述光致變色薄膜形成的多層薄膜的校正后的a和b值的表格。
權(quán)利要求
1.一種熱致變色基板，包括: 基底基板; 形成在所述基底基板上的熱致變色薄膜；和 形成在所述熱致變色薄膜上的光致變色薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，其中所述光致變色薄膜吸收具有380nm至780nm范圍內(nèi)波長的光。
3.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，其中所述光致變色薄膜包含選自由銀(Ag)、鹵化銀(Ag)、鹵化鋅(Zn)、螺吡喃和二芳基乙烯組成的組中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，其中所述熱致變色薄膜包含選自由二氧化釩(VO2)、氧化鈦(III) (Ti2O3)和氧化鈮(NbO2)組成的組中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，其中所述熱致變色薄膜包含熱致變色材料和摻雜進(jìn)入所述熱致變色材料中的摻雜劑，由此所述熱致變色薄膜的相變溫度低于所述熱致變色材料的相變溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的熱致變色基板，其中所述摻雜劑包含選自由鑰(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)、鎳(Ni)和鋯(Zr)組成的組中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，進(jìn)一步包含在所述基底基板和所述熱致變色薄膜之間的氧化物或氮化物薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的熱致變色基板，其中所述氧化物或氮化物薄膜包含選自由二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)和氮化硅(Si3N4)組成的組中的至少一種。
9.如權(quán)利要求7所述的熱致變色基板，其中所述氧化物或氮化物薄膜的厚度在30nm至80nm的范圍內(nèi)。
10.一種制造熱致變色基板的方法，所述方法包含: 用熱致變色薄膜涂覆基底基板；和 用光致變色薄膜涂覆所述熱致變色薄膜。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述熱致變色薄膜使用包含二氧化釩(VO2)的濺射靶形成，所述二氧化釩(VO2)用選自由鑰(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)、鎳(Ni)和鋯(Zr)組成的組中的至少一種摻雜。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述熱致變色薄膜使用包含二氧化釩(VO2)的濺射靶和包含選自由鑰(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)、鎳(Ni)和鋯(Zr)組成的組中的至少一種的濺射靶形成。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中采用直流(DC)濺射沉積或溶膠-凝膠法以光致變色薄膜涂覆所述熱致變色薄膜。
全文摘要
本申請公開了一種具有熱致變色薄膜的熱致變色基板，和制造所述熱致變色基板的方法。所述熱致變色基板包括基底基板、形成在所述基底基板上的氧化物或氮化物薄膜、形成在所述氧化物或氮化物薄膜上的二氧化釩(VO2)薄膜，和形成在所述VO2薄膜上的光致變色薄膜。
文檔編號C23C14/34GK103171180SQ201210574498
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者裴薛基, 文東建, 柳翔煉 申請人:三星康寧精密素材株式會社