[發明專利]用于調光器件的鈀鈮催化薄膜材料、具有該材料的調光鏡、及其制備方法

在審

• 申請號: 201510415931.2
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN106702325A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 包山虎;金平實;張小麗;幸云川
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/18
• 分類號: C23C14/18;G02F1/01
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明涉及用于調光器件的鈀鈮催化薄膜材料、具有該材料的調光鏡、及其制備方法。

背景技術

當今社會，環境污染和能源短缺日益嚴重，節能與環保是社會可持續發展的必然要求。我國是能源消耗大國，建筑能耗占社會總能耗的34％。與發達國家相比，我國建筑能源消耗大，能源利用效率低。玻璃門窗是建筑與外界熱量交換的主要通道，門窗節能是建筑節能的關鍵。傳統的Low-E玻璃只有單一性的保冷和保暖特性，不能根據環境的變化實現雙向調節，只適合用于單純炎熱或寒冷的地區，不適合用于四季分明的地區。而調光鏡可以通過施加氫氣來實現從高反射態到透明態的光學智能調控，作為節能窗可以大幅度提高建筑物的節能效率，是下一代重要的智能節能玻璃鍍膜材料之一。

1996年，荷蘭阿姆斯特丹自由大學Huiberts等人研究了Y、La稀土金屬薄膜，其上鍍一層很薄的金屬Pd催化層，在薄膜上方交替通入H₂和O₂就可以實現光學特性由鏡面反射態到透明態的可逆變化。這種薄膜被稱為“調光鏡”。此后各國研究者不斷開發出性能更優異的調光鏡材料，鎂與稀土金屬(如：Y、La等)合金、鎂與過渡金屬(如：Ni、Ti、Nb、Zr等)合金，以及鎂與堿土金屬(如：Ca、Sr、Ba等)合金。雖然許多調光鏡如Mg-Y，Mg-Ni，Mg-Ti，Mg-Ca等具有較好的調光性能，但是其劣化較快，循環壽命較低，并且調光鏡的制備成本較高，這些都制約了調光鏡的工業化生產與廣泛應用。而調光鏡的制造成本、響應速率以及壽命都與催化層的性質有關，因而催化層的研究具有重大意義。

目前，調光鏡薄膜材料的催化層的研究僅限于Pd、Pt等貴金屬材料。室溫下Pt薄膜中氫的擴散速度很慢，不適合用于調光鏡。作為調光鏡的催化層只有金屬Pd在室溫大氣壓下具有明顯的催化效果，但是Pd的延展性不佳，所以當薄膜在吸放氫引起的體積膨脹和收縮過程中容易產生裂縫，從而導致其覆蓋的鎂合金薄膜的氧化，而失去調光性能。Pd是一種貴重金屬，Pd的使用量幾乎決定了調光鏡的制造成本。

發明內容

本發明的目的在于克服以上調光鏡催化薄膜的不足，獲得制備成本較低且能提高調光鏡壽命的催化層薄膜材料以及具備該催化層薄膜材料的調光鏡，并提供該催化層薄膜材料 及調光鏡的制備方法。

在此，一方面，本發明提供一種用于調光器件的鈀鈮催化薄膜材料，所述薄膜材料是Pd-Nb合金薄膜，化學組成為Pd_100-xNb_x，其中0＜x＜20。

本發明中，在鈀催化層薄膜材料中摻入鈮，可作為保護層和催化層在室溫大氣壓下能有效地催化氫氣的裂解，在不影響透射率的前提下，能提高調光鏡的吸放氫壽命還改善了吸放氫的速度，而且降低了調光鏡的制備成本。

較佳地，所述薄膜材料的厚度在1～10nm之間。

另一方面，本發明提供一種調光鏡，所述調光鏡包括：

基片，

形成在所述基片上的氣致變色的調光層、和

形成于所述調光層表面上的上述鈀鈮催化薄膜材料。

本發明的調光鏡中，鈀鈮催化薄膜材料作為催化層在室溫大氣壓下能有效地催化氫氣的裂解并能保護和抑制內部儲氫層(調光層)的氧化。鈀鈮合金催化層能改善調光鏡催化層的性質，在不影響透射率的前提下，能提高調光鏡的吸放氫壽命的同時還改善了吸放氫的速度，而且降低了調光鏡的制造成本，有利于調光鏡的大規模生產和應用。該表面涂有鈀鈮合金的調光鏡器件在有氫氣存在時會從鏡子態轉變成透明態，在氧氣或者空氣中又會變回鏡子態。伴隨著這種轉變，薄膜的光學性質也會發生有高反射態到透明態的可逆變化。該調光鏡可用于建筑節能窗和汽車玻璃，具有很好的節能效果。

較佳地，所述調光層為稀土金屬薄膜或鎂合金薄膜，所述鎂合金薄膜為鎂二元合金材料MgM_δ或鎂三元合金材料MgM_yN_z，其中M為Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、W、Fe、La、Ca、Sr、和Ba中的任意一種，N為Ni、Ti、V、Nb、Y、Zr、Mo、Cu、V、Co、Mn、和W中的任意一種，0＜δ＜1，0＜y＜1，0＜z＜1。

較佳地，所述調光層的厚度在10～200nm之間。

較佳地，所述基片為玻璃、柔性基片、導電玻璃、金屬片、或硅基片。

又一方面，本發明提供上述用于調光器件的鈀鈮催化薄膜材料的制備方法，利用物理氣相沉積法共濺射沉積純金屬Pd與Nb，以獲得所述鈀鈮催化薄膜材料。