用于调光器件的钯铌催化薄膜材料、具有该材料的调光镜、及其制备方法技术

本发明专利技术涉及用于调光器件的钯铌催化薄膜材料、具有该材料的调光镜、及其制备方法，所述薄膜材料是Pd-Nb合金薄膜，化学组成为Pd

【技术实现步骤摘要】
用于调光器件的钯铌催化薄膜材料、具有该材料的调光镜、及其制备方法
本专利技术涉及用于调光器件的钯铌催化薄膜材料、具有该材料的调光镜、及其制备方法。
技术介绍
当今社会，环境污染和能源短缺日益严重，节能与环保是社会可持续发展的必然要求。我国是能源消耗大国，建筑能耗占社会总能耗的34％。与发达国家相比，我国建筑能源消耗大，能源利用效率低。玻璃门窗是建筑与外界热量交换的主要通道，门窗节能是建筑节能的关键。传统的Low-E玻璃只有单一性的保冷和保暖特性，不能根据环境的变化实现双向调节，只适合用于单纯炎热或寒冷的地区，不适合用于四季分明的地区。而调光镜可以通过施加氢气来实现从高反射态到透明态的光学智能调控，作为节能窗可以大幅度提高建筑物的节能效率，是下一代重要的智能节能玻璃镀膜材料之一。1996年，荷兰阿姆斯特丹自由大学Huiberts等人研究了Y、La稀土金属薄膜，其上镀一层很薄的金属Pd催化层，在薄膜上方交替通入H2和O2就可以实现光学特性由镜面反射态到透明态的可逆变化。这种薄膜被称为“调光镜”。此后各国研究者不断开发出性能更优异的调光镜材料，镁与稀土金属(如：Y、La等)合金、镁与过渡金属(如：Ni、Ti、Nb、Zr等)合金，以及镁与碱土金属(如：Ca、Sr、Ba等)合金。虽然许多调光镜如Mg-Y，Mg-Ni，Mg-Ti，Mg-Ca等具有较好的调光性能，但是其劣化较快，循环寿命较低，并且调光镜的制备成本较高，这些都制约了调光镜的工业化生产与广泛应用。而调光镜的制造成本、响应速率以及寿命都与催化层的性质有关，因而催化层的研究具有重大意义。目前，调光镜薄膜材料的催化层的研究仅限于Pd、Pt等贵金属材料。室温下Pt薄膜中氢的扩散速度很慢，不适合用于调光镜。作为调光镜的催化层只有金属Pd在室温大气压下具有明显的催化效果，但是Pd的延展性不佳，所以当薄膜在吸放氢引起的体积膨胀和收缩过程中容易产生裂缝，从而导致其覆盖的镁合金薄膜的氧化，而失去调光性能。Pd是一种贵重金属，Pd的使用量几乎决定了调光镜的制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服以上调光镜催化薄膜的不足，获得制备成本较低且能提高调光镜寿命的催化层薄膜材料以及具备该催化层薄膜材料的调光镜，并提供该催化层薄膜材料及调光镜的制备方法。在此，一方面，本专利技术提供一种用于调光器件的钯铌催化薄膜材料，所述薄膜材料是Pd-Nb合金薄膜，化学组成为Pd100-xNbx，其中0＜x＜20。本专利技术中，在钯催化层薄膜材料中掺入铌，可作为保护层和催化层在室温大气压下能有效地催化氢气的裂解，在不影响透射率的前提下，能提高调光镜的吸放氢寿命还改善了吸放氢的速度，而且降低了调光镜的制备成本。较佳地，所述薄膜材料的厚度在1～10nm之间。另一方面，本专利技术提供一种调光镜，所述调光镜包括：基片，形成在所述基片上的气致变色的调光层、和形成于所述调光层表面上的上述钯铌催化薄膜材料。本专利技术的调光镜中，钯铌催化薄膜材料作为催化层在室温大气压下能有效地催化氢气的裂解并能保护和抑制内部储氢层(调光层)的氧化。钯铌合金催化层能改善调光镜催化层的性质，在不影响透射率的前提下，能提高调光镜的吸放氢寿命的同时还改善了吸放氢的速度，而且降低了调光镜的制造成本，有利于调光镜的大规模生产和应用。该表面涂有钯铌合金的调光镜器件在有氢气存在时会从镜子态转变成透明态，在氧气或者空气中又会变回镜子态。伴随着这种转变，薄膜的光学性质也会发生有高反射态到透明态的可逆变化。该调光镜可用于建筑节能窗和汽车玻璃，具有很好的节能效果。较佳地，所述调光层为稀土金属薄膜或镁合金薄膜，所述镁合金薄膜为镁二元合金材料MgMδ或镁三元合金材料MgMyNz，其中M为Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、W、Fe、La、Ca、Sr、和Ba中的任意一种，N为Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、和W中的任意一种，0＜δ＜1，0＜y＜1，0＜z＜1。较佳地，所述调光层的厚度在10～200nm之间。较佳地，所述基片为玻璃、柔性基片、导电玻璃、金属片、或硅基片。又一方面，本专利技术提供上述用于调光器件的钯铌催化薄膜材料的制备方法，利用物理气相沉积法共溅射沉积纯金属Pd与Nb，以获得所述钯铌催化薄膜材料。再一方面，本专利技术提供上述调光镜的制备方法，通过物理气相沉积法在所述基片共溅射沉积调光层后，原位共溅射沉积钯铌催化薄膜材料，以获得所述调光镜。较佳地，在所述物理气相沉积法中，溅射室的本底真空度为10-5Pa以下。较佳地，通过调节溅射功率来控制调光层和/或钯铌催化薄膜材料的组分，通过调节溅射时间来控制调光层和/或钯铌催化薄膜材料的厚度。附图说明图1为调光镜结构示意图；图2为Pd与Pd96.5Nb3.5，Pd94.6Nb5.4，Pd89.8Nb10.2合金X射线衍射图谱；图3为催化层为Pd96.5Nb3.5.4合金调光薄膜在250～2600nm波长光范围的金属态和氢化态透射率和反射率；图4为调光镜光学特性和循环寿命测试装置图；图5为催化层为Pd和Pd-Nb合金(Pd96.5Nb3.5，Pd94.6Nb5.4，Pd93.5Nb6.5，Pd92.1Nb7.9)的Mg4Ni调光镜的光学特性图；图6为催化层为Pd和Pd-Nb合金(Pd96.5Nb3.5，Pd94.6Nb5.4，Pd93.5Nb6.5)的Mg4Ni调光镜的循环寿命图。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术在现有的钯催化层薄膜材料中掺入铌，以形成钯铌催化层薄膜材料，不影响调光镜的响应速度和氢化态调光镜的可见光透过率，还能增加调光镜寿命，同时也降低调光薄膜的制造成本。本专利技术的钯铌合金催化薄膜可应用于基于镁合金的气致变色和电致变色节能窗(建筑节能窗，汽车玻璃)以及氢气传感器等。本专利技术的钯铌催化层薄膜材料为Pd-Nb合金薄膜，化学组成为Pd100-xNbx，其中0＜x＜20，优选为1≤x≤10。该钯铌催化层薄膜材料的厚度可在1～10nm之间。如果小于1nm，则可能不能充分发挥其作为催化剂的功能，而如果超过10nm，则可能光穿透率不够。本专利技术的调光镜包括：调光层、和形成于所述调光层表面上的上述钯铌催化薄膜材料(催化层)。调光层的材料不限，只要具有气致变色性能、例如在与氢气进行可逆反应时呈现反射态和透明态之间的可逆变化即可，例如调光层可为稀土材料Y、La、Ce等，镁二元合金材料MgMδ或镁三元合金材料MgMyNz，其中M为Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、W、Fe、稀土金属(Y、La)等、碱土金属(Ca、Sr、Ba)，N为Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、W，0＜δ＜1，0＜y＜1，0＜z＜1。本专利技术中，调光层优选为镁合金薄膜层，包括但不限于Mg-Y，Mg-Ni，Mg-Ti，Mg-Ca、Mg-Nb、Mg-Zr等。调光层的厚度可在10～200nm之间。如果小于10nm，则可能反射状态下的光反射率不够，而如果超过200nm，则可能透明状态下的光穿透率不够。本专利技术的调光镜还可以包括形成于所述调光层的与钯铌催化薄膜材料相反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调光器件的钯铌催化薄膜材料，其特征在于，所述薄膜材料是Pd‑Nb合金薄膜，化学组成为Pd

【技术特征摘要】
1.一种用于调光器件的钯铌催化薄膜材料，其特征在于，所述薄膜材料是Pd-Nb合金薄膜，化学组成为Pd100-xNbx，其中0＜x＜20。2.根据权利要求1所述的钯铌催化薄膜材料，其特征在于，所述薄膜材料的厚度在1～10nm之间。3.一种调光镜，其特征在于，包括：基片、形成在所述基片上的气致变色的调光层、和形成于所述调光层表面上的根据权利要求1或2所述的钯铌催化薄膜材料。4.根据权利要求3所述的调光镜，其特征在于，所述调光层为稀土金属薄膜或镁合金薄膜，所述镁合金薄膜为镁二元合金材料MgMδ或镁三元合金材料MgMyNz，其中M为Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、W、Fe、La、Ca、Sr、和Ba中的任意一种，N为Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、和W中的任意一种，0＜δ＜1，0＜y＜1，0＜z＜1。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：包山虎，金平实，张小丽，幸云川，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31