專利名稱：熱致變色基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱致變色基板及其制造方法，更具體地，涉及一種熱致變色基板及其制造方法，其中可改善熱致變色層的結(jié)晶度。
背景技術(shù)：
熱致變色是指在特定溫度(即轉(zhuǎn)變溫度(Tc))之下和之上過(guò)渡金屬的氧化物或硫化物經(jīng)歷其晶體結(jié)構(gòu)改變以致其物理特性(電導(dǎo)率和紅外(IR)透射率)忽然變化的現(xiàn)象。當(dāng)使具有這種熱致變色能力的薄膜涂覆玻璃時(shí)，可生產(chǎn)出“智能窗”，該“智能窗”在預(yù)定溫度或更高溫度下可透射可見(jiàn)光但是阻擋近紅外線和紅外線以防止室內(nèi)溫度上升。將智能玻璃應(yīng)用于交通工具和建筑物的窗戶上可有效節(jié)能。呈現(xiàn)出熱致變色的材料包括幾個(gè)過(guò)渡金屬的氧化物，其中二氧化釩(VO2)由于其轉(zhuǎn)變溫度是68°C，相對(duì)接近于實(shí)踐上可應(yīng)用的溫度，正在被研究。因此，為了將存在多種晶相例如V203、V3O5, V4O7, V5O9, V6O11、V6013、V4O9, V3O7, V2O5 和VO2的氧化釩加工成VO2晶相，使用了將玻璃基板加熱到高溫后用氧化釩涂覆玻璃基板的方法，和用氧化f凡涂覆玻璃基板，接著后退火(post annealing)的方法等。但是，這些方法有一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)使用氧化釩涂覆常被用作玻璃基板的鈉鈣玻璃時(shí)，由于玻璃的無(wú)定形，氧化f凡也為無(wú)定形。還有一個(gè)問(wèn)題:因?yàn)殁c鈣玻璃內(nèi)部的鈉(Na)離子在350°C或更高溫度下擴(kuò)散至熱致變色層內(nèi)，因此使熱致變色層的特性退化。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，將氧化物類薄膜或氮化物類薄膜加入玻璃基板和熱致變色層之間。但是，在這種情況下，形成熱致變色層的物質(zhì)與形成薄膜的物質(zhì)不同，從而使熱致變色層的結(jié)晶度退化。此外，形成熱致變色層的過(guò)程變得困難。本發(fā)明背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)理解為承認(rèn)或以任何形式暗示這個(gè)信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多個(gè)方面提供了一種制造熱致變色基板的方法，所述熱致變色基板具有優(yōu)異的結(jié)晶度和優(yōu)異的熱致變色特性。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種熱致變色基板，包含基底基板、在所述基底基板上形成的晶種層和在所述晶種層上形成的熱致變色層。所述熱致變色層包含熱致變色物質(zhì)，且晶種層被改性使得其至少一個(gè)面向所述熱致變色層的表面包含熱致變色物質(zhì)。在示例性實(shí)施方式中，熱致變色物質(zhì)可具有由AxBy表示的組成，并且晶種層的表面可從AxBz改性為AxBy,其中A是金屬元素,并且y>z。在示例性實(shí)施方式中，AxBy可為氧化鈦(III) (Ti203)、氧化鈮(NbO2)或硫化鎳(NiS)0文中，A可為釩(V)，并且B可為氧(O)。此外，X可為自然數(shù)，y可為2x，并且z可為O或2x-l。在一個(gè)實(shí)施例中，AxBz可選自但不限于V、V2O3 > V3O5, V4O7, V5O9和V6O11中的一種。在示例性實(shí)施方式中，所述晶種層的厚度可在5nm到IOnm的范圍內(nèi)。本發(fā)明的另一個(gè)方面還提供了上述熱致變色基板的制造方法。所述方法包含步驟:在基底基板上形成熱致變色預(yù)層(pre-thermochromic layer),所述熱致變色預(yù)層包含AxBz組成；通過(guò)熱處理所述熱致變色預(yù)層形成晶種層，所述晶種層被改性使得至少其表面包含AxBy的組成；和在所述晶種層上形成熱致變色層。在示例性實(shí)施方式中，A可為釩(V)，并且B可為氧(O)。在示例性實(shí)施方式中，z為0，并且由于熱處理熱致變色預(yù)層，至少熱致變色預(yù)層的表面從純釩改性為二氧化釩(vo2)。在示例性實(shí)施方式中，晶種層的厚度可在5nm到IOnm的范圍內(nèi)。在示例性實(shí)施方式中，可在真空氣氛中熱處理熱致變色預(yù)層。在示例性實(shí)施方式中，可在供氧時(shí)熱處理熱致變色預(yù)層。在示例性實(shí)施方式中，供氧量可在IOsccm到IOOsccm的范圍內(nèi)。在示例性實(shí)施方式中，可在300°C到500°C范圍內(nèi)的溫度下熱處理熱致變色預(yù)層。在示例性實(shí)施方式中，可熱處理熱致變色預(yù)層10到60分鐘。在示例性實(shí)施方式中，AxBy可由二氧化釩(VO2)組成。由VO2組成的熱致變色層可用由純釩或氧化釩制成的濺射靶通過(guò)濺射沉積形成。在示例性實(shí)施方式中，AxBy可由二氧化釩(VO2)組成。由VO2組成的熱致變色層可用由純釩或混有三氧化二釩(V2O3)和五氧化二釩(V2O5)的氧化釩制成的濺射靶通過(guò)直流(DC)濺射沉積形成，其中。在示例性實(shí)施方式中，可在350°C或更低的溫度形成熱致變色預(yù)層。本發(fā)明的再一個(gè)方面還提供了制造上述熱致變色基板的方法，該方法包含步驟:在基底基板上形成熱致變色預(yù)層，所述熱致變色預(yù)層包含AxBz組成；通過(guò)氧化所述熱致變色預(yù)層形成晶種層，所述晶種層被改性使得至少其表面包含AxBy組成；和在所述晶種層上形成熱致變色層。在示例性實(shí)施方式中，AxBy可為氧化鈦(III) (Ti203)、氧化鈮(NbO2)或硫化鎳(NiS)0本發(fā)明的另一個(gè)方面還提供了制造上述熱致變色基板的方法。該方法包含步驟:在基底基板上形成熱致變色預(yù)層，所述熱致變色預(yù)層包括AxBz組成；通過(guò)硫化所述熱致變色預(yù)層形成晶種層，所述晶種層被改性使得至少其表面包含AxBy組成；和在所述晶種層上形成熱致變色層。在示例性實(shí)施方式中，AxBy可為硫化鎳(NiS)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能改善熱致變色層的結(jié)晶度和長(zhǎng)期可靠性。此外，能防止鈉從玻璃基板擴(kuò)散，從而改善熱致變色層的熱致變色特性。
此外，能簡(jiǎn)化制造熱致變色基板的工序。本發(fā)明的方法和裝置具有其它特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)在合并于此的附圖和以下的本發(fā)明詳細(xì)描述中將變得明顯或被更詳細(xì)地描述，所述合并于此的附圖和本發(fā)明的下面詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的某些原理。


圖1是示意性描述根據(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流程圖。圖2是描述通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的方法形成的二氧化釩(VO2)薄膜的XRD圖。圖3是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成的VO2薄膜的XRD圖。圖4是拍攝通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的方法形成的VO2薄膜獲得的結(jié)晶性圖。圖5是拍攝根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成的VO2薄膜獲得的結(jié)晶性圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的熱致變色基板及其制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其實(shí)施例在附圖中示出并在下文中描述，使得本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地實(shí)施本發(fā)明。貫穿全文，參考附圖，其中，在不同的圖中，全部使用相同的附圖標(biāo)記和符號(hào)標(biāo)明相同或相似的部件。在本發(fā)明的以下描述中，當(dāng)對(duì)合并于此的已知功能和部件的詳細(xì)描述可使本發(fā)明的主題不清楚時(shí)，將被省略。圖1是示意性描述根據(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流程圖。參照?qǐng)D1，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包含:形成熱致變色預(yù)層步驟S100、熱處理步驟S200和形成熱致變色層的步驟S300。為了制造熱致變色基板，首先，在步驟SlOO中，通過(guò)使純釩(V)涂覆玻璃基板在該玻璃基板上形成熱致變色預(yù)層。玻璃基板是透明或彩色的基體材料，并且具有預(yù)定面積和厚度。優(yōu)選玻璃基板由鈉鈣玻璃制成。用純釩(V)涂覆的步驟可通過(guò)多種方法進(jìn)行，例如濺射，優(yōu)選直流(DC)濺射沉積。然后，在步驟S200中，對(duì)由V制成的熱致變色預(yù)層進(jìn)行熱處理，使得V通過(guò)相變轉(zhuǎn)化為二氧化釩(VO2)。熱處理可在真空氣氛中進(jìn)行，優(yōu)選在真空氣氛中在300°C到500°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行，更優(yōu)選在300°C到500°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行10到60分鐘。由于該處理，可在表面形成由VO2制成的具有優(yōu)異特性的晶種層。此外，在熱處理步驟中，可供應(yīng)少量的氧氣以促進(jìn)V相變?yōu)閂02。雖然供氧量可根據(jù)熱處理室中真空的面積和強(qiáng)度而變化，供氧量可優(yōu)選在IOsccm到IOOsccm的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選供氧量在IOsccm到50sccm的范圍內(nèi)，使得純V不會(huì)因過(guò)量的氧氣流相變?yōu)槲逖趸C(V2O5)15可形成晶種層,使其厚度在5nm到IOnm的范圍內(nèi)。但是，由于V的金屬特性，使得V的反射率增加而對(duì)可見(jiàn)光的透射率降低。因此，進(jìn)一步優(yōu)選晶種層更薄。
最后，在S300中，通過(guò)用VO2薄膜涂覆熱處理過(guò)的晶種層，從而制得熱致變色基板。用VO2薄膜涂覆熱處理過(guò)的晶種層的步驟可使用由純釩或氧化釩組成的濺射靶通過(guò)濺射沉積進(jìn)行。優(yōu)選涂覆步驟用由純釩或混有三氧化二釩(V2O3)和五氧化二釩(V2O5)的二氧化釩組成的濺射靶通過(guò)直流(DC)濺射沉積進(jìn)行。除了純釩或混有V2O3和V2O5的VO2以外的其它氧化釩是非導(dǎo)體，并需要射頻(RF)濺射沉積以便在玻璃基板上用作涂層。相反，純釩或混有V2O3和V2O5的VO2是導(dǎo)體，因此可通過(guò)DC濺射沉積用作涂層。通常，DC濺射沉積可以RF濺射沉積約5倍的速度提供沉積。當(dāng)用純釩或氧化釩涂覆至少其表面相變?yōu)閂O2的晶種層時(shí)，金屬釩可在晶種層上沉積為具有與晶種層相同結(jié)晶相的VO2，從而在晶種層上形成熱致變色層。圖2是描述通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的方法形成的VO2薄膜的XRD圖，且圖3是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法形成的VO2薄膜的XRD圖。比較圖2和圖3，可知，在從25°到30°范圍的角度內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的VO2薄膜的峰值高于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成的VO2薄膜。即根據(jù)本發(fā)明的VO2薄膜具有更高的峰強(qiáng)度。圖4是拍攝通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的方法形成的VO2薄膜獲得的結(jié)晶性圖和圖5是拍攝根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成的VO2薄膜獲得的結(jié)晶性圖。比較圖4和圖5，可知，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成的VO2薄膜的結(jié)晶性優(yōu)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的方法形成的VO2薄膜的結(jié)晶性。這樣，當(dāng)在玻璃基板上形成晶種層后形成VO2薄膜時(shí)，晶種層的晶格常數(shù)與VO2薄膜的晶格常數(shù)相同，并且晶種層的界面特性與VO2薄膜的界面特性相同，可改善VO2薄膜的結(jié)晶性和長(zhǎng)期可靠性。此外，由于在形成VO2薄膜的高溫過(guò)程中晶種層作為鈉擴(kuò)散阻擋物以防止鈉從玻璃基板擴(kuò)散，可改善熱致變色基板的熱致變色特性。此外，本發(fā)明中，可使用與形成晶種層和形成熱致變色層時(shí)相同種類的材料制成的濺射靶，從而簡(jiǎn)化生產(chǎn)熱致變色基板的工序。雖然已論述過(guò)VO2作為熱致變色物質(zhì)的實(shí)例，本發(fā)明的上述公開(kāi)可等效應(yīng)用于其它熱致變色基板，例如氧化鈦(III) (Ti203)、氧化鈮(NbO2)、硫化鎳(NiS)等。對(duì)于某些實(shí)施方式和附圖，已經(jīng)提供本發(fā)明具體示例性實(shí)施例的上述描述。它們不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為公開(kāi)的精確形式，而是根據(jù)上述教導(dǎo)，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變化明顯是可能的。因此，本發(fā)明范圍不是要限于上述實(shí)施方式，而是通過(guò)所附的權(quán)利要求及其等效方案限定。
權(quán)利要求
1.一種熱致變色基板，包含: 基底基板; 在所述基底基板上形成的晶種層；和 在所述晶種層上形成的熱致變色層； 其中，所述熱致變色層包含熱致變色物質(zhì)，并且所述晶種層被改性以使得所述晶種層的至少一個(gè)面向所述熱致變色層的表面包含所述熱致變色物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所 述的熱致變色基板，其中，所述熱致變色物質(zhì)具有由AxBy表示的組成，并且所述晶種層的表面從AxBz改性為AxBy，其中A是金屬元素，并且y>z。
3.如權(quán)利要求2所述的熱致變色基板，其中，A為釩，并且B為氧。
4.如權(quán)利要求2所述的熱致變色基板,其中,X為自然數(shù)，y為2x,并且z為O或2x-l。
5.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，其中，所述熱致變色物質(zhì)選自由二氧化釩(VO2),氧化鈦(III) (Ti203)、氧化鈮(NbO2)和硫化鎳(NiS)組成的組中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的熱致變色基板，其中，所述晶種層的厚度在5nm到IOnm的范圍內(nèi)。
7.一種制造熱致變色基板的方法， 所述熱致變色基板包含: 基底基板; 在所述基底基板上形成的晶種層；和 在所述晶種層上形成的熱致變色層； 其中，所述熱致變色層包含熱致變色物質(zhì)，并且所述晶種層被改性以使得所述晶種層的至少一個(gè)面向所述熱致變色層的表面包含所述熱致變色物質(zhì)； 所述方法包含: 在所述基底基板上形成熱致變色預(yù)層，所述熱致變色預(yù)層包括預(yù)熱致變色物質(zhì)； 通過(guò)熱處理所述熱致變色預(yù)層形成所述晶種層；和 在所述晶種層上形成所述熱致變色層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述熱致變色物質(zhì)包含二氧化釩(V02)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述預(yù)熱致變色物質(zhì)包含純釩，其中，通過(guò)熱處理所述熱致變色預(yù)層使至少所述熱致變色預(yù)層的表面從純釩改性為二氧化釩(V02)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述晶種層的厚度在5nm到IOnm的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在真空氣氛中熱處理所述熱致變色預(yù)層。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在氧氣氛中熱處理所述熱致變色預(yù)層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，供氧量在IOsccm到IOOsccm的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在300°C到500°C的溫度范圍內(nèi)熱處理所述熱致變色預(yù)層。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，對(duì)所述熱致變色預(yù)層熱處理10至60分鐘。
16.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述熱致變色層包含二氧化釩(VO2),其中，通過(guò)使用由純釩或氧化釩制成的濺射靶通過(guò)濺射沉積形成包含二氧化釩(VO2)的所述熱致變色層。
17.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述熱致變色層包含二氧化釩(VO2),其中，通過(guò)使用由純釩或混有三氧化二釩(V2O3)和五氧化二釩(V2O5)的二氧化釩(VO2)制成的濺射靶通過(guò)直流(DC)濺射沉積形成包含二氧化釩(VO2)的所述熱致變色層。
18.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在350°C或更低的溫度形成所述熱致變色預(yù)層。
19.一種制造熱致變色基板的方法， 所述熱致變色基板包含: 基底基板; 在所述基底基板上形成的晶種層；和 在所述晶種層上形成的熱致變色層； 其中，所述熱致變色層包含熱致變色物質(zhì)，并且所述晶種層被改性以使得所述晶種層至少其一個(gè)面向所述熱致變色層的表面包含所述熱致變色物質(zhì)； 所述方法包含: 在所述基底基板上形成所述熱致變色預(yù)層，所述熱致變色預(yù)層包含預(yù)熱致變色物質(zhì)； 通過(guò)氧化所述熱致變色預(yù)層形成所述晶種層；和 在所述晶種層上形成所述熱致變色層。
20.如權(quán) 利要求19所述的方法，其中，所述熱致變色材料包含二氧化釩(V02)。
全文摘要
一種熱致變色基板及其制造方法，其中可改善所述熱致變色層的結(jié)晶度。所述方法包含步驟通過(guò)用純釩涂覆玻璃基板在玻璃基板上形成熱致變色預(yù)層，通過(guò)所述熱處理熱致變色預(yù)層形成晶種層，和通過(guò)用二氧化釩(VO2)薄膜涂覆熱處理過(guò)的晶種層形成熱致變色層。
文檔編號(hào)C03C17/34GK103158301SQ201210148598
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者崔溶元, 鄭映振, 文東建, 車(chē)芝倫 申請(qǐng)人:三星康寧精密素材株式會(huì)社