CN103507389A - 制造热致变色窗户的方法 - Google Patents

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Abstract

制造热致变色窗户的方法，利用该方法热致变色窗户在保持其热致变色特性的同时可具有提高的可见光透射率。该方法包括步骤：在基板上形成第一透明传导膜，在第一透明传导膜上形成预热致变色薄膜，以及热处理包含基板、第一透明传导膜和预热致变色薄膜的多层结构，从而将预热致变色薄膜改造成为热致变色薄膜。

Description

制造热致变色窗户的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月27日提交的韩国专利申请第10-2012-0069382号的优先权，该申请的全部内容就各方面而言通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种制造热致变色窗户的方法，更具体地，涉及一种制造其阳光透射率根据温度变化的热致变色窗户的方法。
背景技术
随着诸如石油的化学能源的飞涨价格，对于新能源开发的需要不断增长。另外，节能技术的重要性随着对新能源的需求也不断提高。实际上，住宅中至少60%的能耗归因于供热和/或制冷。具体而言，住宅和建筑物两者通过窗户损失了达24%的能量。
因此，在保持窗户的基本功能（即美学和观看特性）的同时，为了减少通过窗户损失的能量总量，已经通过增加窗户的气密性和隔热特性做出了多种尝试。代表性的方法，举例来说，包括改变窗户的尺寸和装备高隔热窗户。
高隔热窗户玻璃的类型包括注入氩（Ar）的双层玻璃和低辐射玻璃（low-e glass）等，其中，Ar气等置于一对玻璃板之间以防止热交换。还在研究涂覆了具有比热特性层以调节引入的太阳能总量的一类玻璃。
具体而言，低辐射玻璃的表面涂覆了金属或金属氧化物的薄层，该薄层使入射到窗户的大部分可见光进入，所以房间内部可保持明亮，而红外光（IR）范围内的辐射可被阻挡。该玻璃的作用是防止热量泄露到外部，并且防止建筑物外部的热量进入，从而减少制冷和供热的花费。然而，该玻璃由于其在非可见光的反射波长方面的特性而具有以下缺点。具体地，该玻璃不允许IR范围的阳光进入室内，这尤其在冬季是一个缺点，而且其阳光透射率不会根据季节和/或温度而调节。
因此，通过用热致变色材料涂覆玻璃而提供热致变色窗户的技术开发正在进行。当玻璃达到预定温度或更高时，这样的热致变色窗户阻止了近红外（NIR）辐射和红外（IR）辐射，而允许可见光通过，从而防止室温上升。
图1为显示相转变前后热致变色窗户的阳光透射率水平变化的曲线图，其中，玻璃基板的表面涂覆了由二氧化钒（VO2）制成的热致变色薄膜。
如图1所示，可以理解，当玻璃涂覆了热致变色材料时，玻璃在相变前后对于特别在IR范围内的阳光透射率不同。这样因此可提高制冷和供热建筑物时的能量效率。
将该热致变色薄膜涂布到建筑的玻璃上时，需要低辐射率以在冬天进行取暖时使热量损失最小。但是，传统的热致变色薄膜不具有低辐射率而成为问题。具体而言，二氧化钒（VO2）薄膜具有的问题在于，由于它具有与普通玻璃相似的0.84的高辐射率，因此它不能在冬天进行取暖时有效地隔热。
此外，热致变色薄膜因其金属性质而具有低的可见光透射率的缺点。
为了提高热致变色薄膜的可见光透射率，在现有技术中使用了减小热致变色薄膜厚度的方法或形成多层膜结构的方法，该多层膜结构除了热致变色薄膜以外还包含低折射率薄膜和/或高折射率薄膜。
然而，当热致变色薄膜的厚度减小时，出现的问题在于，热致变色薄膜的相转变特性变得不一致。此外，当除了热致变色薄膜以外低折射率薄膜和/或高折射率薄膜也形成多层膜结构时，出现的问题在于，当形成多层结构的高温沉积过程正在进行时，热致变色材料经历相变成为不同的结晶相，从而失去其热致变色特性。
本发明背景技术部分公开的信息仅用于更好地理解本发明的背景，而不应认为是对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面提供了一种制造热致变色窗户的方法，利用所述方法所述热致变色窗户在保持其热致变色特性的同时可具有提高的可见光透射率。
在本发明的一个方面中，提供了一种制造热致变色窗户的方法，包括以下步骤：在基板上形成第一透明传导膜；在所述第一透明传导膜上形成预热致变色薄膜；和热处理包含所述基板、所述第一透明传导膜和所述预热致变色薄膜的多层结构，从而将所述预热致变色薄膜改造成为热致变色薄膜。
根据本发明的实施方式，所述方法可进一步包括形成所述预热致变色薄膜后，在所述预热致变色薄膜上形成第二透明传导膜的步骤，其中，所述多层结构进一步包含所述第二透明传导膜。
热处理所述多层结构的步骤可使氧从所述透明传导膜扩散到所述预热致变色薄膜中，从而将所述预热致变色薄膜改造成为所述热致变色薄膜。
所述热致变色薄膜可由热致变色材料AxBy制成，所述预热致变色薄膜可由材料AxBz制成，其中，A为金属，且y大于z。优选地，z为0。
形成所述透明传导膜的步骤可在氧气气氛中进行。
所述热致变色薄膜可由选自由二氧化钒（VO2）、氧化钛(III)（Ti2O3）和氧化铌（NbO2）组成的组中的一种制成。
所述预热致变色薄膜可包含纯的钒金属，其中，热处理所述多层结构使所述纯的钒金属相变成为二氧化钒（VO2）。
所述透明传导膜可由选自氧化铟(III)（In2O3）、二氧化锡（SnO2）和过氧化锌（ZnO2）组成的组中的至少一种材料制成。优选地，所述透明传导膜进一步包含掺杂剂。
热处理所述多层结构的步骤可在300℃至500℃的温度范围内于真空气氛中进行。
所述透明传导膜可通过溅射形成。
根据本发明的实施方式，能够制造热致变色窗户，利用该方法所述热致变色窗户在保持其热致变色特性的同时可具有提高的可见光透射率。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，在共同用于解释本发明的某些原理的并入本文的附图和以下的本发明详细说明中，这些特征和优点将变得明显或更详细地叙述。
附图说明
图1为显示相转变前后热致变色窗户的阳光透射率水平变化的曲线图，其中，玻璃基板的一个表面涂覆了由二氧化钒（VO2）制成的热致变色薄膜；
图2为示意地显示根据本发明第一个实施方式的制造热致变色窗户的方法的流程图；
图3为示意地显示根据本发明第二个实施方式的制造热致变色窗户的方法的流程图；
图4为显示根据本发明第二个实施方式制造的热致变色窗户的可见光透射率随厚度而变的曲线图；和
图5为显示根据本发明第二个实施方式制造的热致变色窗户的反射率曲线图。
具体实施方式
现将详细参考根据本发明的制造热致变色窗户的方法，其实施方式在附图中说明并在下文中描述，以便本发明相关领域的普通技术人员可容易地将本发明付诸实践。
全文中，将参考附图，其中相同的附图标记和符号用于所有不同的附图以表示相同或相似的部件。在本发明的以下说明中，并入本文的已知功能和部件的详细说明会使本发明的主题不清楚时将被忽略。
图2为示意地显示根据本发明第一个实施方式的制造热致变色窗户的方法的流程图。
参照图2，为了根据本发明制造热致变色窗户，首先，在S100中，用透明传导膜涂覆基板。
基板为热致变色窗户的基材。优选地，基板由碱石灰建筑玻璃制造。
透明传导膜为传导性氧化物膜，该膜在基板上形成以在随后的热处理步骤使氧扩散到预热致变色薄膜中。
该透明传导膜具有低辐射率和高折射率，从而降低了热致变色窗户的辐射率并提高了热致变色窗户的可见光透射率。也就是说，透明传导膜可因其卓越的电阻性而改善热致变色窗户的辐射率。此外，由于透明传导膜具有高折射率，能够通过调节透明传导膜的厚度控制可见光透射率。
此外，透明传导膜在后面将说明的热处理步骤S300中起到防止基板内部的离子扩散到热致变色薄膜中的扩散屏障作用，从而防止热致变色薄膜失去热致变色特性。具体而言，当基板由碱石灰玻璃制成时，透明传导膜可防止玻璃基板内部的钠（Na）离子扩散到热致变色薄膜中。
透明传导膜可具有包含选自但不限于In2O3、SnO2和ZnO2中的至少一种的组分。
此外，为了改善透明传导膜的导电性和光学特性，透明传导膜可用掺杂剂处理，由此透明传导膜可由选自氧化铟锡（ITO）、F掺杂的氧化锡（FTO）、Al掺杂的氧化锌（AZO）和Ga掺杂的氧化锌（GZO）中的一种制成。
透明传导膜可在低温（室温）下涂布到基板上。此外，透明传导膜可通过溅射涂布到基板上。
此外，用透明传导膜涂覆基板的步骤可在氧气气氛中进行。这使透明传导膜具有更多氧，以便氧可在后面将说明的热处理步骤S300中更好地扩散到预热致变色薄膜中。
然后，在S200中，用预热致变色薄膜涂覆透明传导膜。
预热致变色薄膜可通过用纯的金属材料涂覆透明传导膜而形成，纯的金属材料可通过结合氧形成热致变色材料。或者，预热致变色薄膜可用与热致变色材料相同的元素组成的但具有无热致变色特性的结晶相的材料涂覆透明传导膜而形成。例如，预热致变色薄膜可由除了具有热致变色特性的二氧化钒（VO2）之外的一种钒氧化物制成，如V2O3、V3O5、V4O7、V6O11、V5O9、V6O13、V4O9、V3O7、V2O5。
当热致变色材料具有化学式AxBy时，预热致变色材料将具有化学式AxBz，其中A为金属，y>z，并且优选地，z可为0。
预热致变色薄膜可通过溅射在透明传导膜上形成。
最终，在S300中，热处理所得基板、透明传导膜和预热致变色薄膜彼此堆叠的结构，从而制造热致变色窗户。
热处理基板、透明传导膜和预热致变色薄膜彼此堆叠的结构时，透明传导膜内部的氧扩散到预热致变色薄膜中，因而将预热致变色薄膜改造成为热致变色薄膜。
在该方式中，能够通过热处理将预热致变色薄膜改造成为热致变色薄膜而制造具有卓越的热致变色特性的热致变色窗户。
在现有技术中，当多层结构涂覆了热致变色薄膜时，在热致变色薄膜的高温沉积过程中热致变色薄膜经历相变，由此热致变色薄膜失去其热致变色特性。相比之下，本发明通过用预热致变色薄膜涂覆多层结构并通过热处理将预热致变色薄膜改造成为热致变色薄膜而制造热致变色窗户可克服上述问题。
此外，由于氧扩散到预热致变色薄膜中，所以透明传导膜的传导性由于氧空位和金属取代可显著地提高，从而进一步改善热致变色窗户的辐射率。
热处理步骤S300可在300℃至500℃的温度范围内于真空气氛中进行。
参照图3，根据本发明第二个实施方式的制造热致变色窗户的方法可在形成预热致变色薄膜的步骤S200后和热处理步骤S300前进一步包括用透明传导膜涂覆预热致变色薄膜的步骤S250。
在预热致变色薄膜上形成的透明传导膜不仅在随后的热处理步骤S300中使氧扩散到预热致变色薄膜中，而且当根据本发明制造热致变色窗户时还用于保护热致变色薄膜免受划损或外部污染。
由上述根据本发明的制造热致变色窗户的方法制造的热致变色窗户具有高的可见光透射率和低辐射率。
图4为显示根据本发明第二个实施方式制造的热致变色窗户的可见光透射率随厚度而变的曲线图。在该情况下，透明传导膜由氧化铟锡（ITO）制成。
参照图4，可理解热致变色窗户的可见光透射率随着透明传导膜厚度的增加而提高。
图5为显示根据本发明第二个实施方式制造的热致变色窗户的反射率的曲线图。这里，透明传导膜由氧化铟锡（ITO）制造，且透明传导膜的厚度为50nm。
参照图5，根据本发明制造的热致变色窗户具有高反射率。换句话说，由于根据本发明制造的热致变色窗户具有低辐射率，所以它具有卓越的隔热特性，从而提高了建筑物的制冷/供热的能量效率。
本发明具体示例性实施例的上述说明已经参照附图提供。它们并非意在详尽或限制本发明至公开的精确形式，本领域的普通技术人员根据上述教导显然能够进行多种修改和变化。
因此，本发明的范围旨在不限于上述实施方式，而是通过所附的权利要求和其等效形式限定。

Claims (12)

1.一种制造热致变色窗户的方法，包括：
在基板上形成第一透明传导膜；
在所述第一透明传导膜上形成预热致变色薄膜；和
热处理包含所述基板、所述第一透明传导膜和所述预热致变色薄膜的多层结构，从而将所述预热致变色薄膜改造成为热致变色薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成所述预热致变色薄膜后，在所述预热致变色薄膜上形成第二透明传导膜，其中，所述多层结构进一步包含所述第二透明传导膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，热处理所述多层结构使氧从所述透明传导膜扩散到所述预热致变色薄膜，从而将所述预热致变色薄膜改造成为所述热致变色薄膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热致变色薄膜包含热致变色材料AxBy，所述预热致变色薄膜包含材料AxBz，其中，A为金属，且y大于z。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，z为0。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述透明传导膜在氧气气氛中进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热致变色薄膜包含选自由二氧化钒（VO2）、氧化钛(III)（Ti2O3）和氧化铌（NbO2）组成的组中的一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预热致变色薄膜包含纯的钒金属，其中，热处理所述多层结构使所述纯的钒金属相变成为二氧化钒（VO2）。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明传导膜包含选自由氧化铟(III)（In2O3）、二氧化锡（SnO2）和过氧化锌（ZnO2）组成的组中的至少一种材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述透明传导膜进一步包含掺杂剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，热处理所述多层结构在300℃至500℃的温度范围内于真空气氛中进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明传导膜通过溅射形成。
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