一种镁钇合金全反射型调光薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种镁钇合金全反射型调光薄膜及其制备方法和应用，包括依次形成于基体表面的镁钇合金调光层、缓冲层和贵金属催化层，所述缓冲层为Zr、Y、Ti、Zn和Ta中的至少一种。缓冲层的加入对薄膜中Mg的氧化及扩散有抑制作用,并有效提高其调光镜循环寿命、得到一种性能优异的调光薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种镁钇合金全反射型调光薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于玻璃调光
，尤其涉及一种全反射型调光用薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会的发展，能源与环境问题越来越严重。据不完全统计，我国建筑能耗占社会总能耗的34％，而玻璃门窗是建筑物与外界进行光热交换的主要通道。研究表明，一间标准房屋在冬天有58％的热量通过玻璃窗流失；同样在夏天，有73％的热量是通过玻璃窗进入。因此，我们希望在玻璃窗上涂一层可调光性薄膜材料，从而达到自由调节和控制由玻璃窗进出的光和热量，最终达到节能减排的目的。目前已经产业化的Low-E玻璃，其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，具有优异的隔热效果和良好的透光性。但Low-E玻璃的一个明显缺陷是一旦产品制成，不能动态调节其光学状态，只适用于单个季节，对于我国大部分四季分明的地区并没有优势。因此，开发一种可动态调节光学状态的智能窗显得尤为重要。气致变色调光镜是指金属合金和氧化还原性气体的相互作用使薄膜的光学性质产生可逆的变化。气致变色调光镜与吸收型智能窗不同，不存在向室内二次放热过程。可以根据环境气氛的改变简单快速的改变其光学状态，实现不同季节和时段对进入室内的光热调整，保持室内冬暖夏凉，从而减少空调能耗。当阳光辐射很强的时候，通过放氢使薄膜变成镜态(全反射态)把阳光反射出去；当阳光辐射很弱的时候，控制薄膜吸氢从镜态(全反射态)变成透明态。通过吸氢和放氢实现镜态和透明态之间的转换，对可见及红外光区光谱具有智能调控性。研究表明，Mg-Y合金薄膜是一种比较理想的调光材料。该薄膜解决了目前研究较广泛的Mg-M(Ni、Ti)调光薄膜循环寿命低、调光能力低、存在着色力等问题。但是，当涉及到产业化应用的时候，Mg-Y调光镜的性能仍旧不能满足现实需求，循环寿命低是主要原因之一。国际专利申请《Reflection-TypeLightControlElement》(申请公布号WO2013191085A1)和《GaschromicLightControlMember》(申请公布号WO2014109182A1)等虽然提到了镁基合金薄膜是全反射型调光镜，具有气致变色性能，但其循环寿命较短，没有提出合适的解决办法。
技术实现思路
针对现有技术中调光薄膜的快速劣化等问题，本专利技术的目的在于提供一种循环寿命长、性能优异的全反射型调光薄膜。一方面，本专利技术提供了一种镁钇合金全反射型调光薄膜，包括依次形成于基体表面的镁钇合金调光层、缓冲层和贵金属催化层，所述缓冲层为Zr、Y、Ti、Zn和Ta中的至少一种。优选地，所述缓冲层为Zr、Ti和Ta中的至少一种。更优选地，所述缓冲层为Zr和Ta中的一种。专利技术人意识到Mg-Y调光镜循环寿命低的主要原因Mg元素在不断地吸放氢过程当中向薄膜表面迁移，与外界中的氧气结合生成氢扩散速度慢的MgO。随着薄膜表面MgO的生成阻止了氢分子的自由进出，使薄膜内部不能完全氢化或脱氢，最终导致薄膜的快速劣化。在本专利技术中，通过在镁钇合金调光层和贵金属催化层之间引入缓冲层(例如Zr、Y、Ti、Zn和Ta等)，一方面可以阻止镁钇合金调光层中的Mg向薄膜表面迁移与氧气结合生成氢扩散速度慢的MgO。另一方面所选缓冲层本身就是氢扩散速度快的金属，不会影响镁钇合金调光薄膜通过吸氢和放氢实现镜态和透明态之间的转换。缓冲层的加入对薄膜中Mg的氧化及扩散有抑制作用,并有效提高其调光镜循环寿命、得到一种性能优异的调光薄膜。较佳地，所述缓冲层的厚度为1～100nm。较佳地，所述镁钇合金调光层的化学式为MgxY1-x，其中0.1＜x＜0.5。较佳地，所述镁钇合金调光层的厚度为5～100nm。较佳地，所述贵金属催化层为Pd。较佳地，所述贵金属催化层的厚度为1～30nm。较佳地，所述基体为透明基体或不透明基体，优选为玻璃或高分子薄膜。另一方面，本专利技术还提供了一种镁钇合金全反射型调光薄膜的制备方法，采用磁控溅射技术在所述基体表面依次沉积镁钇合金调光层、缓冲层和贵金属催化层(例如Pd)，得到所述镁钇合金全反射型调光薄膜。较佳地，在装载基体后，通入氩气，保持氩气沉积全压0.3～1.5Pa，并在之后的整个溅射过程中维持压力恒定。再一方面，本专利技术还提供了一种镁钇合金全反射型调光薄膜在制备气致变色窗、氢气传感器、透氢薄膜中的应用。本专利技术应用领域包含建筑节能，汽车窗户及全波段光谱调控光学器件。可以镀在玻璃表面，用作调光玻璃，该调光薄膜的制备和使用均是在室温下进行，故而具有能耗低、价格低廉的优点；也可镀在高分子薄膜，普通固体表面等需要对光学调节的场所；也可应用于气致变色窗(建筑节能窗，汽车玻璃)、氢气传感器、透氢薄膜等。相对于现有技术有以下优点：本专利技术的调光薄膜材料在室温下即可使用，响应速度快，循环使用寿命长，其可在室温下制备，制模步骤简单、时间短、使用范围广。附图说明图1为本专利技术中Mg-Y/Zr/Pd调光薄膜的结构示意图；图2为对比例1制备的Mg-Y/Pd调光薄膜的X射线光电子能谱图；图3为本专利技术的调光薄膜进行性能测试的自组装装置示意图；图4为实施例1制备的Mg-Y/Zr/Pd调光薄膜的调光速度图；图5为对比例1制备的Mg-Y/Pd调光薄膜的调光速度图；图6为对比例1制备的Mg-Y/Pd和实施例1制备的Mg-Y/Zr/Pd调光薄膜的循环寿命对比图谱；图7为通H2前后实施例1制备的Mg-Y/Zr/Pd调光薄膜的350～2600nm反射率图谱；图8为通H2前后实施例1制备的Mg-Y/Zr/Pd调光薄膜的350～2600nm透光率图谱；图9为实施例7制备的Mg-Y/Ti/Pd调光薄膜循环寿命图谱；图10为实施例8制备的Mg-Y/Ta/Pd调光薄膜循环寿命图谱。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，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。本专利技术在镁钇合金调光层和贵金属催化层之间引入一个缓冲层可以阻止Mg向表面迁移的现象，实现提高循环寿命的目的。本专利技术制备的镁钇合金全反射型调光薄膜，其结构参见图1，包括基体(基片)1、依次形成于所述基体表面的镁钇合金调光层2、缓冲层3和贵金属催化层4。其中镁钇合金调光层的化学式可为MgxY1-x，其中0.1＜x＜0.5，厚度可为5～100nm。所述贵金属催化层可为Pd，厚度可为1～30nm。位于所述镁钇合金调光层和贵金属催化层之间的缓冲层可选为氢扩散速度快的金属，可为Zr、Y、Ti、Zn和Ta中的至少一种，优选为Zr、Ti和Ta中的至少一种。所述缓冲层厚度可为1～100nm。当缓冲层厚度大于100nm时薄膜可见光透光率及薄膜的太阳光调节率会受到不同程度的影响，并且薄膜循环寿命会随之下降。以下进一步说明本专利技术的镁钇合金全反射型调光薄膜的制备方法。基体(基片)的选择和清洗。所述基体可为透明基体或不透明基体，优选为普通玻璃、石英、硅片或高分子薄膜等。作为一个示例，将玻璃片放在烧杯内，分别在0.5mol/LNaOH溶液、去离子水、乙醇、去离子水中各超声处理10min，之后用pH试纸确定最后的洗涤液呈中性。作为另一个示例，硅片放入烧杯内，加入适量乙醇，超声处理10min。镁钇合金调光层的制备。具体来说，以Mg和Y为靶材采用共溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁钇合金全反射型调光薄膜，其特征在于，包括依次形成于基体表面的镁钇合金调光层、缓冲层和贵金属催化层，所述缓冲层为Zr、Y、Ti、Zn和Ta中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种镁钇合金全反射型调光薄膜，其特征在于，包括依次形成于基体表面的镁钇合金调光层、缓冲层和贵金属催化层，所述缓冲层为Zr、Y、Ti、Zn和Ta中的至少一种。2.根据权利要求1所述的镁钇合金全反射型调光薄膜，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1～100nm。3.根据权利要求1或2所述的镁钇合金全反射型调光薄膜，其特征在于，所述镁钇合金调光层的化学式为MgxY1-x，其中0.1＜x＜0.5。4.根据权利要求1-3中任一项所述的镁钇合金全反射型调光薄膜，其特征在于，所述镁钇合金调光层的厚度为5～100nm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的镁钇合金全反射型调光薄膜，其特征在于，所述贵金属催化层为Pd。6.根据权利要求1-5中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：包山虎，拉毛，金平实，辛云川，
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