具无色二氧化钒涂层的热变色玻璃制造技术

本发明专利技术公开一种具热变色二氧化钒的玻璃涂层。二氧化钒的着色通过添加碱土元素，例如钙、锶、钡，而由青铜色转变为中性色(无色)。同时热变色效果保持不变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具无色二氧化钒涂层的热变色玻璃
本专利技术是涉及一种热变色玻璃涂层以及生产所述涂层的方法。这一类的热变色涂层具有对于电磁辐射(例如IR，VIS，UV)随温度变化的透明度，在建筑物建造过程中为作玻璃窗涂层，或者玻璃立面涂层，用以影响建筑物内部的室内气候并节省能源。
技术介绍
在德国专利第DE69910322T2号中说明了一种具有碱金属添加剂的二氧化钒玻璃涂层。二氧化钒在大约68摄氏度下产生状态改变。高于所述温度时为金属状态，主要反射红外光谱范围(500至2000纳米)的电磁辐射。低于所述温度时为半导体状态，可以让红外线射入。所述效果为热变色效果。所述状态变化温度可以通过添加钨进行降低。当然，对可见光的透射度也会降低，所述透射度可以利用添加氟得以提高。在添加氟时其转换性能会变差。二氧化钒具有青铜着色。这使其具有显着缺点，因为所述着色会对可见光进行过滤。因此会明显限制可见光范围的电磁辐射的透射。上述专利说明未对此给出解决方案，因为所述着色既无法通过涂层厚度，也无法通过其他涂层加以避免。在德国专利第DE3347918C2号中建议将二氧化钒还原为灰色的三氧化二钒。三氧化二钒在168K时具有状态变化，因此不适合用作热变色窗户玻璃涂层。适合的状态变化发生在300K至373K的范围内。在上述两份专利说明书中，二氧化钒通过化学气相沉积法(CVD)进行涂覆。但在添加气态氟时存在缺点，因为在超过600摄氏度的离析温度下，无法有效地将氟渗入二氧化钒晶体格栅中。另一方面，在温度过低(小于400摄氏度)时，仅二氧化钒非晶型层被离析，其具有较差的转换性能。因此重要的是形成一种二氧化钒晶体层。
技术实现思路
上述专利技术的任务在于克服或者回避当前技术水平的缺点。根据本专利技术，所述任务通过一种包含二氧化钒涂层的玻璃涂层加以解决。二氧化钒涂层优先添加钨及/或氟。通过单独或组合添加碱土元素，例如钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)对二氧化钒进行褪色。可以直接在二氧化钒或者在添加钨、氟或其他元素(例如碱土金属-1.HG：Li,Na,K,Rb,Cs,3.,4.,5.HG元素-例如B,Al,Ga,In,Si,Ge,Sn,Pb,P,As,Sb,Bi，以及除了Mg,Ca,Sr,Ba外的过渡金属)时在二氧化钒涂层中添加碱土元素。在同时添加钨和氟时可以同时实现上述两种效果。这使得，一方面由于添加钨，转换温度Tc下降至室温范围。另一方面，在生产出的涂层中添加钙可以提高光线的透射度，尤其是可见光谱范围的光线透射度，光吸收边缘呈蓝色偏移。这一类涂层的光学外观随着钙含量的增加从青铜色向无色变化。对于根据上述专利技术的热变色涂层而言，钨含量介于0.01至3.0原子百分比之间，优先为0.4至2.6原子百分比之间。含钡、锶和钙(主要为钙)的碱土金属组含量介于0.01至15原子百分比之间，优先为1.0至10.0原子百分比之间。氟含量介于0.01至2.0原子百分比之间，优先为0.5至1.5原子百分比之间。二氧化钒涂层厚度为10至300纳米，优先为40至100纳米。在玻璃和二氧化钒涂层之间优先嵌入一晶核层，所述晶核层即使在较低的温度(小于400摄氏度)下也可以促进二氧化钒涂层的结晶。对此可使用二氧化钛或者二氧化硅，优先为二氧化钛。晶核层(也被称作中间层)厚度为5至200纳米，优先为10至70纳米。添加钨或者氟或者碱土金属组(含钡、锶和钙)的二氧化钒涂层或者组合添加钨或者氟或者碱土金属组(含钡、锶和钙)的二氧化钒涂层可以通过覆盖层避免其二次氧化。由此涂覆由氧氮化铝、氧硫化锌、氧化锌和硫化锌单独或者组合形成的化合物覆盖层。此外，所述覆盖层也用作抗反射涂层，由此可以进一步改善光线透射度。比较有利的方法是覆盖层厚度为10至300纳米，优先为40至100纳米。生产所述涂层的方法二氧化钒涂层使用喷雾法(喷镀)进行离析，优先使用高频或者射频阴极喷雾法或者DC-阴极喷雾法。也可以选择通过CVD，其他物理气相沉积法(PVD)、溶胶-凝胶法，以及等离子支持法进行涂覆。单独或者组合使用钒、钨、钙、锶、钡氧化元素或者氟化元素作为元素对阴极的来源。由此通过在氩气-氧气-环境下喷镀将元素转移到玻璃载体上。对此氩气和氧气的气体质量流量比优先为5.7：1.4。在附加添加气体氟时，在氩气中添加四氟化碳(CF4)或者三氟甲烷(CHF3)。对此氩气、氧气和四氟化碳的气体质量流量比优先为5.7：1.4：0.3。类似比例在添加其他氟化剂，如CHF3时也适用。也可以使用其他的氟化元素，例如氟化钙、氟化锶和/或氟化钡作为基质。使用氟化元素和含氟气体也是一种实施形式。在室温至400摄氏度的离析温度下，气体首先以二氧化钛涂层作为晶核层进行附着，接着通过添加过程涂覆二氧化钒涂层。添加添加剂后的二氧化钒涂层优先通过一覆盖层，尤其是抗反射涂层进行覆盖。热变色涂层可用于玻璃(例如窗玻璃、玻璃管、玻璃杯)、塑料、纺织物、太阳能电池(光伏电池)、太阳能收集器(热水器)。附图说明图1是根据上述专利技术的窗玻璃热变色涂层的原理结构图。图2是添加a)钙、b)钨和c)同时添加钨和钙的热变色二氧化钒涂层与波长相关的透射光谱。图3是添加不同含量钙的变色二氧化钒涂层与波长相关的透射光谱。图4是以二氧化钒为基础的不同热变色涂层的转换温度表和吸收边缘(波段间隙)表。图5是添加钡和锶以及未添加添加剂的热变色二氧化钒涂层与波长相关的透射光谱。具体实施方式本专利技术的实施形式在下文中进行说明，其中，本专利技术包含所有下述单独和组合的优先使用的实施形式。图1显示根据本专利技术的热变色涂层(10)如何涂覆到窗玻璃(12)上的原理结构图。对此，在所述玻璃基材(12)上通过反应高频或者射频阴极喷雾法离析出一个二氧化钛涂层(14)。由此形成的二氧化钛涂层在所述玻璃基材(12)上构成一晶核层。高频发生器在喷雾时的功率在离析二氧化钛涂层时优先介于100至600W之间(等于1.2至7.4W/cm2)，优选为300W(等于3.7W/cm2)。离析温度优先为室温至600摄氏度，优选为大约300摄氏度。接着将包含钨或者钙的钒-对阴极或者二氧化钒-对阴极通过反应高频或者射频阴极喷雾法在二氧化钛涂层上涂覆二氧化钒涂层。二氧化钒涂层(16)为热变色层。所述涂层包含大约3.3％的钙和0.2％的钨以及0.3％的氟，其他为二氧化钒。所述涂层也可以包含8.9％的钙和0.4％的钨，其他为二氧化钒。此外，所述涂层也可以包含8.9％的钙，其他为二氧化钒。同时涂层也可以包含约9％的锶，其他为二氧化钒。或者涂层包含9％的钡，其他为二氧化钒。在离析已添加添加剂的二氧化钒涂层时，高频发生器的喷雾功率介于100至600W之间(等于1.2至7.4W/cm2)，优选为300W(等于3.7W/cm2)，离析温度优先介于100至600摄氏度之间，优选为大约400摄氏度。同时添加氟和含钡、锶以及钙的碱土金属组的二氧化钒涂层或者同时添加钨和含钡、锶以及钙的碱土金属组的二氧化钒涂层包含系列优先使用的热变色涂层公式，其中M表示相应的碱土金属：a)V1-X-YWXMYO2b)V1-YMYO2-ZFZ也可以选择通过添加氟、钨和含钡、锶以及钙的碱土金属组构成三组份添加的二氧化钒涂层。其组成通过以下公式进行说明，其中M表示相应的碱土金属：c)V1-X-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热变色涂层，特别是用于玻璃(12)的热变色涂层，且包含二氧化钒(16)，其特征在于：所述二氧化钒包含：添加碱土金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.21 DE 102012012219.51.一种热变色涂层，用于玻璃(12)的热变色涂层，且包含二氧化钒涂层(16)，其特征在于：所述二氧化钒涂层(16)包含：添加碱土金属，所述碱土金属选自钙、钡及锶所组成的群组，其中含钡、锶和钙的所述碱土金属的含量介于0.01至15原子百分比之间，且所述二氧化钒涂层(16)另外添加钨及氟，钨的含量介于0.01至3.0原子百分比之间，以及氟的含量介于0.01至2.0原子百分比之间。2.根据权利要求1的热变色涂层，其特征在于，所述碱土金属为钙。3.根据权利要求1所述的热变色涂层，其特征在于，所述二氧化钒涂层(16)另外包含一晶核层(14)及/或一覆盖层(18)。4.根据权利要求3所述的热变色涂层，其特征在于，所述晶核层(14)包含：二氧化钛或二氧化硅。5.根据权利要求3所述的热变色涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺·迈耶，安格·帕勒迪，马克康斯坦丁·迪特里希，
申请(专利权)人：吉森尤斯图斯李比希大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE