CN102603204A - 光致变色玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光致变色玻璃，其包括玻璃基体，所述玻璃基体表面具有一层光致变色薄膜，所述光致变色薄膜包括如下重量份的组份：氧化钨70-100份，二氧化钛5-30份，氧化锌3-10份。该光致变色玻璃采用光致变色薄膜，薄膜组成包括氧化钨(WO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等，具有自动改变透光率和遮阳系数功能，制备工艺简单，成本低，而且光致变色效果好，无毒无污染，不需要用螺旋吡喃化合物、偶氮化合物和稠环芳香化合物等有毒、易燃的有机薄膜，WO3等氧化物不易燃，安全性高。

Description

光致变色玻璃
技术领域
本发明关于玻璃技术领域，具体涉及一种光致变色玻璃。
背景技术
光致变色玻璃是一种新型的节能玻璃，光照增强时玻璃逐渐变灰暗，降低了光及其携带热量的透过率；光照减弱时玻璃又恢复明亮，提高了光及其携带热量的透过率。这种能随早晚及四季的环境变化，而自动改变透光率和遮阳系数的智能玻璃，具有低辐射Low-E等明星节能玻璃所不具备的优点，已经引起人们的特别关注。
1964年美国康宁公司发明了光致变色玻璃，是在玻璃本体中掺入了卤化银及光敏剂，缺点是成本高、功能单一，当前只被用于制造高档变色眼镜等行业，而无法大规模应用在建筑领域。
目前，有将多层光致变色板夹持在两块玻璃片之间，制得的一种光致变色夹层玻璃；也有将金属银和卤素单质分别加入到其它玻璃原料中，制得的一种具有光致变色效应的镜片毛坯；或者采用热处理法或还原处理法制造出一种彩色渐变光致变色的本体玻璃；甚至有些分别在轿车、汽车、商务车和客车的车身上直接安装了传统的卤化银等变色玻璃，不属于光致变色玻璃技术领域专利。此外，国外也有些光致变色玻璃的专利，但多是对卤化银及光敏剂体系的改进技术，并且变色物质都在玻璃本体中，至今没出现镀膜类型的光致变色玻璃的专利文献。
发明内容
有鉴于此，提供一种成本低、效果好、无毒无污染的光致变色玻璃。
一种光致变色玻璃，其包括玻璃基体，所述玻璃基体表面具有一层光致变色薄膜，所述光致变色薄膜包括如下重量份的组份：
氧化钨    70-100份， 
二氧化钛  5-30份，
氧化锌    3-10份。
上述光致变色玻璃采用光致变色薄膜，薄膜包括氧化钨(WO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等组份，具有自动改变透光率和遮阳系数功能，制备工艺简单，成本低，而且光致变色效果好，无毒无污染，不需要用螺旋吡喃化合物、偶氮化合物和稠环芳香化合物等有毒、易燃的有机薄膜，WO3等氧化物不易燃，安全性高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中，
图1是本发明实施例一的光致变色玻璃结构示意图。
图2为WO3-H2C2O4-TiO2-ZnO光致变色玻璃样品的透光率的变化，太阳光照射3分钟后太阳光透光率降低15%遮阳系数下降约0.14，无光照60分钟后可以褪色50%，几个小时后可以完全褪色。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，示出本发明实施例一的光致变色玻璃10，其包括玻璃基体12，玻璃基体12表面具有一层光致变色薄膜14，光致变色薄膜14包括如下重量份的组份：
氧化钨    70-100份， 
二氧化钛  5-30份，
氧化锌    3-10份。
在本发明的实施例中，该光致变色薄膜14为溶胶凝胶法制成的涂膜，涂膜中还包括10-40重量份的草酸，二氧化钛的重量份数优选为5-15。在一个优选的实施例中，涂膜的材料组成及其重量份数为：
氧化钨    80份，
草酸      20份，
二氧化钛  10份，
氧化锌    5份。
具体地，光致变色薄膜14的厚度10nm～500nm，优选地，光致变色薄膜14的厚度为200nm。玻璃基体12可以是常用的玻璃材质。
溶胶凝胶法制备光致变色玻璃的具体过程如下：
称取商品化的氧化钨、二氧化钛、氧化锌颗粒和草酸晶体，重量份数为WO3:H2C2O4:TiO2:ZnO=(70～100):(10～40):(5～15): (3～10)，分散在去离子水中形成涂布液，用喷涂设备将该涂布液均匀沉积在干净的玻璃基片（基体），50～80℃下烘干后形成WO3-H2C2O4-TiO2-ZnO变色薄膜。
请再参阅图1，本发明的实施例二光致变色玻璃10的结构组成和厚度等与实施例一基本相同，主要不同之处在于光致变色薄膜14为磁控溅射法制成的镀膜，所述镀膜的材料组成及其重量份数为：
氧化钨    70-100份， 
二氧化钛  5-30份，
氧化锌    3-10份。
优选地，所述镀膜的材料组成及其重量份数为：
氧化钨    80份，
二氧化钛  20份，
氧化锌    5份。
磁控溅射法制备光致变色玻璃的具体过程如下：
将二氧化钛、氧化锌和氧化钨的混合粉末定制成陶瓷靶材，重量份数比为WO3:TiO2:ZnO=(70～100):(5～30):(3～10)，制备此陶瓷靶材的工艺采用常用的技术。然后，在氩气和氧气的混合气氛下沉积一层WO3-TiO2-ZnO光致变色薄膜于玻璃基片（基体）上。
具体应用中，光致变色玻璃10可以作为各种类型玻璃，例如可以为各种建筑玻璃，也可以是汽车天窗玻璃、侧窗玻璃等。光致变色玻璃10受光照影响而产生相应色变，如图1所示，当能量大于WO3、TiO2和ZnO禁带宽度的光线16照到光致变色玻璃10上时，即照射在光致变色薄膜14上，电子-空穴对随即产生，光生电子进入WO3的导带，与临近的W6+结合生成蓝色的W5+，为变色反应；当无光照射时，氧气分子氧化蓝色的五价W5+变成六价的W6+，为褪色反应。掺杂TiO2和ZnO能加速WO3的变色和褪色的速度，并且TiO2和ZnO作为二元氧化物体系也有协同增强作用；掺杂草酸能消耗光生空穴，使更多的光生电子参与W6+生成W5+的光化学反应，增加蓝色深度和变色节能效果。
由此可知，本发明的光致变色玻璃10采用光致变色薄膜14，可以随着外在光线16的强弱，自动调节薄膜14的颜色深浅，例如采用WO3-H2C2O4-TiO2- ZnO膜层时，由无色变为浅蓝色、深蓝色，快速进行变色，变色效率高而且稳定，用于建筑玻璃时，能自动调节进入室内的光线和热量，减少风扇、空调等利用率，降低能耗。而且，由于采用氧化物，不易燃，也不需要用螺旋吡喃化合物、偶氮化合物和稠环芳香化合物等有毒、易燃的有机薄膜，使得光致变色玻璃无毒环保，安全性更高，可广泛应用于各种节能玻璃领域。
以下是具体的实例，以说明本发明的光致变色玻璃10的具体结构、材料组成、制备工艺以及检测效果。
实例1  溶胶凝胶法
称取商品化的氧化钨、二氧化钛、氧化锌颗粒和草酸晶体，重量份数比为WO3:H2C2O4:TiO2:ZnO=80:20:10:5，分散在去离子水中形成涂布液，用喷涂设备将该涂布液均匀沉积在干净的玻璃基片（基体），60℃下烘干后形成WO3-H2C2O4-TiO2- ZnO变色薄膜，厚度为100纳米。
检测WO3-H2C2O4-TiO2-ZnO样品的变色和节能效果：直接将样品放在户外阳光下，3分钟后取回样品利用透光仪进行检测。结果显示，太阳光照射3分钟后玻璃颜色由浅色变为深蓝色，无光照60分钟后又褪为浅色，此变色-褪色可反复循环。
具体如图2所示，太阳光照射3分钟后，太阳光透光率降低15%，遮阳系数下降约0.14；无光照60分钟后可以褪色50%，几个小时后可以完全褪色，此变色-褪色可反复循环。
实例2  磁控溅射法 
将二氧化钛、氧化锌和氧化钨的混合粉末定制成陶瓷靶材，重量份数比为WO3:TiO2:ZnO= 80:20:5。制备此陶瓷靶材的工作由靶材厂家完成。在氩气和氧气的混合气氛下，沉积一层WO3-TiO2-ZnO变色薄膜在玻璃基片（基体）上，厚度为200纳米。
检测WO3-TiO2-ZnO样品的变色和节能效果：直接将样品放在户外阳光下，20分钟后取回样品利用透光仪进行检测。结果玻璃颜色由浅色变为深蓝色，太阳光透光率降低11%，遮阳系数下降约0.10；无光照60分钟后可以褪色40%，几个小时后可以完全褪色，此变色-褪色可反复循环。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光致变色玻璃，其包括玻璃基体，其特征在于，所述玻璃基体表面具有一层光致变色薄膜，所述光致变色薄膜为氧化钨-二氧化钛-氧化锌组合膜包括如下重量份的组份：
氧化钨    70-100份， 
二氧化钛  5-30份，
氧化锌    3-10份。
2.如权利要求1所述的光致变色玻璃，其特征在于，所述组合膜光致变色薄膜为溶胶凝胶法制成的涂膜结构，所述组合膜涂膜中还包括10-40重量份的草酸，所述二氧化钛的重量份数为5-15。
3.如权利要求2所述的光致变色玻璃，其特征在于，所述涂膜的材料组成及其重量份数为：
氧化钨    80份，
草酸      20份，
二氧化钛  10份，
氧化锌    5份。
4.如权利要求1所述的光致变色玻璃，其特征在于，所述组合膜光致变色薄膜为磁控溅射法制成的镀膜，所述镀膜的材料组成及其重量份数为：
氧化钨    80份，
二氧化钛  20份，
氧化锌    5份。
5.如权利要求1所述的光致变色玻璃，其特征在于，所述光致变色薄膜的厚度10 nm～500nm。
6.如权利要求1所述的光致变色玻璃，其特征在于，所述光致变色薄膜的厚度为200nm。
7.如权利要求1所述的光致变色玻璃，其特征在于，所述光致变色玻璃为建筑玻璃、汽车天窗玻璃或侧窗玻璃。
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