CN107073899A - 氧化铝组合物、包含该组合物的基板以及该基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种包含氧和铝的氧化铝组合物,其中,基于整个氧化铝组合物的总原子,所包含的氧的量为40原子比例至70原子比例,所包含的铝的量为30原子比例至60原子比例。
Description
技术领域
本申请要求于2014年8月11日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2014-0103911、于2015年3月16日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2015-0036093和于2015年6月22日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2015-0088650的优先权和权益,这三项申请的内容通过引用全部并入本文。
本申请涉及一种氧化铝组合物、包含该组合物的基板以及该基板的制造方法。
背景技术
铝是多样地用于各种领域的轻质金属,并且已经使用各种不同的涂布剂或已经使用化学溶液来改变铝的特性。
然而,通常,铝具有会增加生产成本并且会产生环境污染物的问题,因此,已经进行研究以减轻这种问题。
[引用列表]
[专利文献]
国际出版官方公报No.2007-064003
发明内容
技术问题
本说明书的一个目的是提供一种化学稳定并且在成本方面经济有效的氧化铝组合物,所述氧化铝组合物的特性通过环境友好的方法赋予。
技术方案
本说明书的一个示例性实施方案提供一种包含氧和铝的氧化铝组合物,其中,基于全部氧化铝组合物的总原子,氧的含量为40原子比例至70原子比例,铝的含量为30原子比例至60原子比例。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;铝层,设置在所述基底的至少一个表面上并且包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种;以及上述氧化铝组合物,设置在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
另外,本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;以及上述氧化铝组合物,设置在所述基底的至少一个表面上。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种氧化铝组合物的制备方法,该制备方法包括:将包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层浸渍在水中。
最后,本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板的制造方法,该制造方法包括:制备基底;在所述基底的至少一个表面上形成包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层;以及通过上述氧化铝组合物的制备方法,在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上形成氧化铝组合物。
有益效果
根据本说明书的一个示例性实施方案的基板包含透明的氧化铝组合物,从而赋予其表面亲水特性。
在本说明书中,可以包含透明的氧化铝组合物以形成透明基板。此外,氧化铝组合物使用氧化物,因此对外部环境稳定。
另外,由于通过相对简单的表面改性,不需要单独进行用表面改性材料涂布或者等离子体表面处理,因此在加工时间和/或成本方面经济有效。
根据另一示例性实施方案的基板具有根据氧化程度来提高粘附性(adhesion)的效果,并且可以通过调节加工时间来调节薄层电阻。
另外,根据又一示例性实施方案的基板具有优异的透明度和低雾度值。
附图说明
图1是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物的X射线衍射(XRD)的视图;
图2至图4是示出通过X射线光电子能谱仪分析的根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物在深度方向上的含量的变化的结果的视图;
图5是示出通过HR-TEM测定的根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的横截面的视图;
图6是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的铝层的衍射花样的分析结果的视图;
图7是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物的衍射花样的分析结果的视图;
图8是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的选区衍射花样(SADP)的分析结果的视图;
图9至图13是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的侧表面结构的视图;
图14是示出将基板浸渍在水中之前和之后,基板相对于水的接触角的视图;
图15是示出当将氧化铝组合物层浸渍在水中时,通过扫描电子显微镜(SEM)观察的氧化铝组合物层的表面随时间的变化的视图;
图16是示出当将氧化铝组合物层浸渍在水中时,粘附力和薄膜电阻值随时间的变化的曲线图;
图17是示出将铝层浸渍在水中之前和之后,通过扫描电子显微镜(SEM)观察的铝层的厚度的视图;
图18是示出当将铝层浸渍在水中时观察到的透光率随时间的变化的视图;
图19是示出当将铝层浸渍在水中时透光率随时间的变化的曲线图;
图20是示出当将铝层浸渍在水中时透光率随时间的变化的曲线图;
图21是示出当将铝层浸渍在水中时雾度值随时间的变化的曲线图;
图22是示出在比较例2和实施例7中制造的基板在从300nm至2,300nm的区域中的透光率的曲线图;
图23是示出在比较例2和实施例7中制造的基板在从300nm至2,300nm的区域中的反射率的曲线图;
图24是示出氧化铝组合物的生成速率随水的pH范围的变化的视图。
[相关标号和符号的说明]
101:基底
102:铝层
103:氧化铝组合物
a:铝层的线宽
b:铝层的厚度
具体实施方式
在本说明书中,当一个元件布置在另一元件“之上”时,这不仅包括一个元件与另一元件接触的情况,而且包括在这两个元件之间还存在又一元件的情况。
在本说明书中,当一个部件“包含”一个组成元件时,除非另外特别描述,否则这并不表示排除另一组成元件,而是表示还可以包含另一组成元件。
下文中,将更详细地描述本说明书。
氧化铝组合物及其制备方法
本说明书的一个示例性实施方案提供一种包含氧和铝的氧化铝组合物,其中,基于全部氧化铝组合物的总原子,氧的含量为40原子比例至70原子比例,铝的含量为30原子比例至60原子比例。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物通过包括将包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层浸渍在水中来制备。
通常,铝的氧化形式的反应可以如下面描述的进行,根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物由勃姆石(AlO(OH))、三羟铝石(Al(OH)3)、Al2O3和铝组成。
基于全部氧化铝组合物的总原子,根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物包含的氧的含量为40原子比例至70原子比例,铝的含量为30原子比例至60原子比例。更具体地,氧的含量为55原子比例至60原子比例,铝的含量为40原子比例至45原子比例。
图1是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物的X射线衍射(XRD)的视图。
在图1中,分别将铝、氮氧化铝与铝的层压体以及氮氧化铝的各铝层浸渍在100℃的去离子水(DI水)中3分钟至5分钟以形成氧化铝组合物,通过使用型号名称为K-Alpha(Thermo Fisher Scientific)的光电子能谱仪(XPS或ESCA)进行测定。
-分析条件:PANalytical Expert Pro MRD XRD,电压:45kV,电流:40am,Cu K-α辐射(波长:A)
从图1的结果可以确认赋予了特性的氧化铝组合物的成分。
另外,图2至图4是示出通过X射线光电子能谱仪分析的根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物在深度方向上的含量的变化的结果的视图。
图2是在PET基底上层压厚度为100nm的铝,然后将PET基底浸渍在去离子水(DI水)中以形成氧化铝组合物,并根据深度方向测定元素的比例的视图。
图3是在PET基底上层压厚度为50nm的铝,并且层压厚度为50nm的氮氧化铝,然后将PET基底浸渍在去离子水(DI水)中以形成氧化铝组成组合物,并根据深度方向测定元素的比例的视图。
图4是在PET基底上层压厚度为100nm的氮氧化铝,然后将PET基底浸渍在去离子水(DI水)中以形成氧化铝组合物,并根据深度方向测定元素的比例的视图。
在图2至图4中,使用型号名称为K-Alpha的光电子能谱仪(XPS或ESCA)(ThermoFisher Scientific),并且氩(Ar)离子的蚀刻条件为3,000eV、高能(high)和1.5mm。
根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物可以由Al2O3-x表示,x的范围为大于0.4且小于1.0的正数。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物通过包括将包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层浸渍在水中来制备。
在一个示例性实施方案中,水的温度为40℃至100℃。在所述温度范围内,氧化铝组合物在时间和/或成本方面经济有效。具体地,当将铝层浸渍在低于40℃的水中时,氧化铝组合物缓慢地生成,因此会增加处理时间。
在本说明书的一个示例性实施方案中,将形成的铝层浸渍在水中30分钟或小于30分钟。在本说明书的一个示例性实施方案中,将形成的铝层浸渍在水中10分钟至30分钟。可以根据水温和/或所需的表面改性程度来调节将铝层浸渍在水中的时间。
在本说明书的一个示例性实施方案中,浸渍铝层的水还包含碱。具体地,在本说明书的一个示例性实施方案中,碱的实例包括KOH等,但是对碱没有限制,只要所述碱可以赋予水碱度即可。
在本说明书的一个示例性实施方案中,水的pH范围为pH 7至pH 13。更具体地,在本说明书的一个示例性实施方案中,水的pH范围为pH 8至pH 13。在另一示例性实施方案中,水的pH范围为pH 9至pH 12。
如在本说明书的一个示例性实施方案中,当水还含有碱时,可以提高生成氧化铝组合物的反应速率。
图24是示出氧化铝组合物的生成速率随水的pH范围的变化的视图。从图24可以确认,随着水的碱度的提高,氧化铝组合物的生产速率显著提高。
因此,可以根据氧化铝层所需的表面改性程度来调节水的碱度。
根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的制造方法包括将铝层浸渍在水中使其氧化的步骤,从而可以通过简单的工艺容易地进行所组成的基板的表面改性,而不使用单独的涂布剂或者使用化学溶液,并且可以根据需要,通过调节将基板浸渍在水中的时间以及水温来调节赋予所需的物理性质,因此,所述方法在成本和时间方面是高效的。
此外,由于不使用单独的涂布剂或化学溶液,因此所述方法对人体的毒性较小并且是环境友好的。
根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的制造方法可以通过将铝层浸渍在水中以使铝层氧化的相对简单的工艺来制造基板,而不需要单独的表面改性过程,因此在加工时间和/或成本方面经济有效。
图5是示出通过HR-TEM测定的根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的横截面的视图。
在图5中,通过使用Titan G2 80-200场发射透射电子显微镜进行测定。
图6是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的铝层的衍射花样的分析结果的视图。
图7是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物的衍射花样的分析结果的视图。
图8是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的选区衍射花样(SADP)的分析结果的视图。
从图5至图8的结果可知,通过将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物而形成上述氧化铝组合物。具体地,图8的D=0.295是基板的氧化锆衍射花样,可以确认,随着图案变得更靠近将铝层浸渍在水中的方向,非晶形图案的氧化铝组合物的比例增加。
因此,可以确认,形成具有厚度偏差大且膜密度降低的特性的氧化铝组合物。这是因为在氧化过程中体积膨胀或产生氢气,因此,不规则地形成氧化铝组合物。
因此,根据本说明书的一个示例性实施方案,当将铝层浸渍在水中时,铝层从所浸渍方向向深度方向被氧化,因此,可以确认形成非晶形结构的氧化铝组合物,同时相对致密的铝层的厚度减小。
包含氧化铝组合物的基板及其制造方法
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;铝层,设置在所述基底的至少一个表面上并且包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种;以及上述氧化铝组合物,设置在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
另外,本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;以及上述氧化铝组合物,设置在所述基底的至少一个表面上。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板的制造方法,该制造方法包括:制备基底;在所述基底的至少一个表面上形成包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层;以及通过上述用于氧化铝组合物的制备方法,在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上形成氧化铝组合物。
在本说明书中,氧化铝组合物及其制备方法与上面描述的相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中,铝层是膜或图案的形式。
在本说明书的一个示例性实施方案中,铝图案可以是网格图案。网格图案可以包括包含三角形、四边形、五边形、六边形和八边形中的一种或多种形状的规则多边形图案,,并且对铝图案的形状、图案和线宽等没有限制。
在本说明书的一个示例性实施方案中,可以使用通常用于形成金属层的方法来形成铝层。可以通过使用印刷法、光刻法、摄影法(photography method)、使用掩模或激光转印的方法等形成所述层,并且所述方法不限于此。
根据本说明书的一个示例性实施方案,铝层的厚度为大于0μm且为10μm以下。具体地,铝层的厚度为150nm至200nm。铝层的厚度可以由本领域技术人员根据需要调节。
在本说明书中,铝层的厚度是指其上未形成氧化铝组合物的一个表面和与该表面相对的一个表面之间的宽度。在图10中,b部分的宽度对应于铝层的厚度。
另外,在本说明书的一个示例性实施方案中,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物后,比表面积增加5倍至10倍或更多。
比表面积可以通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)测量来量化,但是量化方法不限于此。
在本说明书中,比表面积是指每单位体积的表面积。在如上所述形成氧化铝组合物之后,比表面积的增加是因为在形成氧化铝组合物时体积膨胀或产生氢气,因此,膜的形式改变。
因此,由于比表面积的改变,而可以确认形成氧化铝组合物。
根据本说明书的一个示例性实施方案的包含氧化铝组合物的基板和通过上述方法制造的基板可以具有如下特性。
下文中,将详细描述这些特性。
亲水表面改性
根据本说明书的一个示例性实施方案的包括氧化铝组合物的基板具有亲水特性。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;铝层,设置在所述基底的至少一个表面上并且包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种;以及上述氧化铝组合物,设置在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物不规则地设置在铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
在本说明书中,上表面是指与邻近基底的表面相对的表面。
不规则地设置可以指设置在铝层上的不规则的位置处,也可以指氧化铝组合物的形状设置为不规则的形状。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物可以设置为岛状物的形状,并且具有不规则形状。
例如,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以与图9中的基板相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中,包含其上设置有氧化铝组合物的铝层的基板相对于水的接触角为10度以下。在另一示例性实施方案中,包含其上设置有氧化铝组合物的铝层的基板相对于水的接触角为3.5度以下。
在本说明书中,基板相对于水的接触角是指基板上的水与基板彼此接触的表面之间的角度。小接触角具有高水平的表面润湿性,即高亲水性。
因此,具有上述接触角的基板具有高润湿性的亲水基板的表面特性。
在本说明书的一个示例性实施方案中,在与基底相对的铝层的一个表面的90%以上的区域上设置氧化铝组合物。在通过将铝层浸渍在预定温度的水中而形成氧化铝组合物的过程中体积膨胀,因此,铝薄膜的形状改变。
由于氧化铝组合物可以用作赋予基板亲水特性的结构,并且以透明的形式存在,因此当将组合物应用于装置时该结构是不可见的,并且所述组合物以氧化物的形式提供,因此对外部环境具有优异的稳定性。
另外,氧化铝组合物具有高透光率,从而可以使不透明的铝层透明。此外,可以根据反应时间和水温来调节生成氧化铝组合物的范围。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板的制造方法,该制造方法包括:制备基底;在所述基底的至少一个表面上形成包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层;以及通过上述氧化铝组合物的制备方法,在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上形成氧化铝组合物。
氧化铝组合物的形成与上面描述的相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中,在将铝层浸渍以使铝层氧化之后,基板相对于水的接触角在1分钟内降低至10度以下。
图14是示出将基板浸渍在水中之前和之后,基板相对于水的接触角的视图。在图14中,可以看出,在将基板浸渍在水中之后,基板相对于水的接触角从92.2度变为3.5度以下。
因此,在根据本说明书的一个示例性实施方案的基板的情况下,可以确认,氧化铝组合物使基板相对于水的接触角降低,即,赋予基板亲水表面改性效果。
图15是示出当将氧化铝组合物层浸渍在水中时,通过扫描电子显微镜(SEM)观察的氧化铝组合物层的基板随时间的变化的视图。
通过图14和图15可以看出,形成的氧化铝组合物使基板相对于水的接触角降低,即,赋予基板亲水表面改性效果。
图18是示出当将铝层浸渍在水中时,观察的透光率随时间的变化的视图。
图19是示出当将铝层浸渍在水中时,透明度随时间的变化的曲线图。
作为观察图18和图19中的透明度的结果,可以确认,透光率在5分钟内提高18.4%,并且从5分钟以后,字母由于高透明度而可见。
因此,通过图18和图19可以确认,当在基板上设置铝层并且在该铝层的至少一部分上设置氧化铝组合物时,可以得到透明基板。因此,表面改性的基板可以用于各种用途。
根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以是膜、片材和模制品,并且不限于此。根据本说明书的一个示例性实施方案的基板由于上述表面改性而具有较高的亲水性和耐擦伤性,从而可以非常适合用作防雾材料、防污(自清洁)材料、抗静电材料和快干材料等。例如,所述基板可以用作用于建筑物、船舶、飞机和车辆等的外墙、外部、内墙、内部和地板的涂膜产品(coated product)。
另外,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以用作用于以下物质的涂膜产品:服装材料,如衣服、布和纤维;光学产品,如光学膜、光盘、眼镜、隐形眼镜和护目镜;显示器,如平板和触摸面板及其显示材料;太阳能电池的玻璃基板或太阳能电池的最外层保护透明板;照明产品,如灯具和发光体及其照明组件;热交换器的散热片;化妆盒及其容器材料;反射材料,如反射膜和反射板;放置在高速公路、窗玻璃、镜子、家具、家具材料、浴室材料、厨房用具、通风扇、管道、电线、电器和电气组件中的声屏障。
提高粘附力和降低薄层电阻值
根据本说明书的一个示例性实施方案的包括氧化铝组合物的基板具有粘附特性。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;铝层,设置在所述基底的至少一个表面上并且包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种;以及上述氧化铝组合物,设置在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物的粘附力大于铝层的粘附力的100%。具体地,氧化铝组合物的粘附力可以大于铝层的粘附力的100%且2,000%以下。更具体地,氧化铝组合物的粘附力可以是铝层的粘附力的150%以上且1,000%以下。
当氧化铝组合物的粘附力大于铝层的粘附力的100%时,可以通过用粘合材料涂布基材(base material)的表面,或者在层压膜的过程中用布置在膜之间的粘合剂增加固定力(fixed power)来提高机械性能。
根据本说明书的一个示例性实施方案,测定氧化铝组合物和铝层之间的粘附力的方法的实例包括:剥离试验法、搭接剪切试验法、拉拔试验法、扭矩试验法、划痕试验法和螺柱/对接试验(stud/butt test)等,但是不限于此。具体地,可以通过剥离试验法测定氧化铝组合物与铝层之间的粘附力。
作为用于测定粘附力的基材,可以使用由3M公司制备的名称为Transparent Tape的产品,但是基材不限于此。
在本说明书中,用于测定粘附力的基材可以是任意基材,并且可以是,例如,具有粘附性或不具粘附性的树脂膜。
另外,在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物的薄层电阻值为10Ω/□以下。
氧化铝组合物的薄层电阻值可以通过任意方法测定,只要所述方法是本领域已知的即可,例如,可以使用4点探针法,但是所述方法不限于此。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物不规则地设置在铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
不规则地设置可以指设置在铝层上的不规则的位置处,也可以指氧化铝组合物的形状设置为不规则的形状。
在本说明书的一个示例性实施方案中,氧化铝组合物可以设置为岛状物的形状,并且具有不规则形状。
例如,如图9所示,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板包括:基底101;铝层102,设置在基底101的至少一个表面上;以及氧化铝组合物103,设置在铝层102的上表面和侧表面的至少一部分上。
在另一示例性实施方案中,氧化铝组合物设置在铝层的侧表面上。例如,如图10所示,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板包括:基底101;铝层102,设置在基底101的至少一个表面上;以及氧化铝组合物103,设置在铝层102的全部侧表面上。
在又一示例性实施方案中,氧化铝组合物设置在铝层的侧表面和上表面上。例如,如图11和图12所示,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板包括:基底101;铝层102,设置在基底101的至少一个表面上;以及氧化铝组合物103,设置在铝层102的上表面和全部侧表面上。
根据本说明书的一个示例性实施方案,可以根据反应时间和水温来调节生产氧化铝组合物的范围。因此,通过形成纳米/微米尺寸的氧化铝组合物,可以制备粘附特性根据氧化铝组合物的表面粗糙度而提高的基板。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中形成氧化铝组合物后,在60秒内,氧化铝组合物的粘附力大于铝层的粘附力的100%。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中形成氧化铝组合物后,在60秒内,氧化铝组合物的粘附力为铝层的粘附力的150%以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中形成氧化铝组合物后,在水温为70℃时,在30秒内,氧化铝组合物的粘附力为铝层的粘附力的150%以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中形成氧化铝组合物后,在水温为70℃以下时,氧化铝组合物的薄层电阻值维持在10Ω/□以下120秒。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中形成氧化铝组合物后,在水温为70℃以下时,氧化铝组合物的薄层电阻值维持在5Ω/□以下120秒。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中形成氧化铝组合物后,在水温为70℃以下时,氧化铝组合物的薄层电阻值维持在2Ω/□以下120秒。
根据本说明书的一个示例性实施方案,为了获得目标薄层电阻值,可以根据反应温度将反应时间调节至30秒至200秒。例如,在水温为70℃时,在反应时间为50秒至100秒时,氧化铝组合物的薄层电阻值为0.5Ω/□,在反应时间为120秒时,氧化铝组合物的薄层电阻值为1.7Ω/□,在反应时间为180秒时,氧化铝组合物的薄层电阻值为38.8Ω/□。
另外,在水温为100℃时,在30秒的反应时间内,氧化铝组合物的薄层电阻值可以为40Ω/□。
氧化铝组合物的薄层电阻值受氧化反应的反应速率的影响,并且当反应温度为70℃以上时氧化铝组合物的薄层电阻值可以迅速降低。
根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以是膜、片材和模制品,并且不限于此。根据本说明书的一个示例性实施方案的基板由于上述表面改性而具有高亲水性和耐擦伤性,从而可以非常适合用作防雾材料、防污(自清洁)材料、抗静电材料和快干材料等。例如,所述基板可以用作用于建筑物、船舶、飞机和车辆等的外墙、外部、内墙、内部和地板的涂膜产品。
另外,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以用作用于以下物质的涂膜产品:服装材料,如衣服、布和纤维;光学产品,如光学膜、光盘、眼镜、隐形眼镜和护目镜;显示器,如平板和触摸面板及其显示材料;太阳能电池的玻璃基板或太阳能电池的最外层保护透明板;照明产品,如灯具和发光体及其照明部件;热交换器的散热片;化妆盒及其容器材料;反射材料,如反射膜和反射板;放置在高速公路、窗玻璃、镜子、家具、家具材料、浴室材料、厨房用具、通风扇、管道、电线、电器和电气组件中的声屏障。
降低雾度
根据本说明书的一个示例性实施方案的包含氧化铝组合物的基板具有优异的透明度的和低雾度值的特性。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;铝层,设置在所述基底的至少一个表面上并且包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种;以及上述氧化铝组合物,设置在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以包括如图9至图12中所示的基板的结构。
另一示例性实施方案提供一种基板,包括:基底;以及设置在所述基底的至少一个表面上的氧化铝组合物。
例如,如图13所示,根据本说明书的一个示例性实施方案的基板可以提供包含设置在基底101的至少一个表面上的氧化铝组合物103的基板。
在本说明书的一个示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板具有降低的雾度值。
具体地,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的雾度值降低10%以上。更具体地,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的雾度值降低15%以上。在本说明书的一个示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的雾度值降低30%以上。具体地,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的雾度值可以降低80%以上。
当基板的雾度值如上述降低时,可以更清楚地看到透过基板的物体的形状。此外,可以根据铝层浸渍在水中的时间和/或铝层浸渍在水中的温度来调节所需的雾度值。
在本说明书的一个示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板具有提高的透光率。
具体地,在本说明书的一个示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的透光率提高10%以上。在本说明书的一个示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的透光率提高15%以上。在另一示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的透光率提高30%以上。在本说明书的一个示例性实施方案中,与不包含氧化铝组合物的基板相比,包含氧化铝组合物的基板的透光率提高50%以上。
在另一示例性实施方案中,基板的透光率为80%以上且小于100%。
根据本说明书的一个示例性实施方案,铝层是图案的形式,并且与基板的总面积相比,铝层的面积为20%以下。
在本说明书的一个示例性实施方案中,铝层是图案的形式,并且线宽为10μm以下。当将铝层应用于上述范围内的装置时,图案会不可见。铝层的线宽可以为5μm以下,具体地为1μm以下,更具体地为0.1μm至1μm。
铝层的线宽是指当铝层为图案的形式时,从初始铝图案的线宽中除去氧化铝组合物的线宽。在图10中,a部分的宽度对应于本说明书的铝图案的线宽。
根据本说明书的一个示例性实施方案,铝层与氧化铝组合物之间的高度偏差为1.5倍以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案,氧化铝组合物的厚度可以大于铝层的厚度。
根据本说明书的一个示例性实施方案,与浸渍在水中之前的铝层的厚度相比,浸渍在水中之后的铝层的厚度增加1.5倍至3倍。当将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物时,产生氢气或体积膨胀。
作为图17中的观察铝层的厚度的结果,可以确认,160nm的厚度增加至约300nm。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物之后,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在30分钟内,基板的透光率提高80%以上且小于100%。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物之后,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在5分钟内,基板的透光率提高18%以上。
图18是示出当将铝层浸渍在水中时,铝层的透明度随时间的变化的视图。作为图18中的观察透明度的结果,可以确认,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在5分钟内,透光率提高18.4%,并且从5分钟以后,字母由于较高的透明度而可见。
根据本说明书的另一示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物之后,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在20分钟内,基板的透光率提高90%以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案,与浸渍在水中之前的基板的透光率相比,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物之后,基板的透光率提高10%至50%。
根据本说明书的另一示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物之后,可以预期有如下效果,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在30分钟内,与基底的反射率相比,基板在可见光区域中的反射率提高5%以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝图案浸渍在水中以使铝图案氧化之后,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在5分钟内,铝图案的线宽降低10%至30%。
另外,根据本说明书的一个示例性实施方案,在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物之后,从将铝层浸渍在水中的时间点开始在30分钟内,基板的雾度值降低30%以上。雾度值的降低是由于在将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物的过程中在铝层的表面上形成纳米/微米结构的氧化铝组合物时的随机光散射(random light scattering)而引起的。
图15是示出观察通过将铝层浸渍在水中而形成的氧化铝组合物的表面的视图。在图15中,可以确认,将铝层浸渍在水中以形成氧化铝组合物时,在铝层的表面上形成纳米/微米结构的氧化铝组合物。
在另一示例性实施方案中,本说明书提供一种包括上述基板的膜。
根据本说明书的一个示例性实施方案,铝层在浸入水中之前的间距可以是50μm至500μm,但是不限于此,并且铝层在浸入水中之前的间距可以由本领域技术人员根据需要调节。
在本说明书中,铝层的间距是指图案之间的宽度,并且是指在第n个图案的中部和第n+1个图案的中部之间的宽度。
由于从铝图案中与水接触的部分生成氧化铝组合物,因此浸入水中之后的铝图案的间距不变。
根据本说明书的一个示例性实施方案,可以预期有如下效果,与基底的反射率相比,包含氧化铝组合物的基板在可见光区域中的反射率提高5%以上。
在本说明书中,“可见光区域”是指从380nm至800nm的波长范围。
图20和图21分别是当将铝层浸渍在水中时,随时间变化的透光率曲线图和雾度曲线图。
从图20和图21的结果可以确认,随着将铝层浸渍在水中的时间的增加,透光率提高,雾度值降低。
另外,本说明书的图22和图23分别是示出包含氧化铝组合物的基板和不包含氧化铝组合物的基板的透光率和反射率的视图。
从图22和图23的结果可以确认,根据本说明书的示例性实施方案的包含氧化铝组合物的基板在反射率和透光率方面表现出优异的特性。
下文中,将参考用于具体描述本说明书的实施例详细地描述本说明书。然而,可以对根据本说明书的实施例进行各种形式的修改,并且不应理解为本说明书的范围局限于下面描述的实施例。提供本说明书的实施例是为了向本领域的普通技术人员更完整地说明本说明书。
实施例1:使用氧化铝组合物调节表面粗糙度
将铝/氧化铝/聚对苯二甲酸乙二醇酯(Al/PET)浸渍在100℃的蒸馏水(DI水)中。
当将Al/PET浸渍在水中时,通过扫描电子显微镜(SEM)观察Al/PET的表面随时间的变化。
图15是示出当将铝层浸渍在水中时,通过扫描电子显微镜(SEM)观察的铝层的表面随时间的变化的视图。
作为图15中当将铝层浸渍在水中时观察铝层的表面随时间的变化的结果,可以看出,当将铝层浸渍在水中时,铝层的氧化从表面向深度方向进行,同时氧化作用随时间而加速,并且可以确认,表面粗糙度改变,且在1分钟内生成不规则的氧化铝组合物。
实施例2:氧化铝组合物的接触角特性的改变
将铝/聚对苯二甲酸乙二醇酯(Al/PET)浸渍在100℃的蒸馏水(DI水)中。当将Al/PET浸渍在水中时,通过扫描电子显微镜(SEM)观察Al/PET的表面随时间的变化,并测定接触角。
图14是示出在将基板浸渍在水中之前和之后,基板相对于水的接触角的视图。
图14是示出对将基板浸渍在水中之前和之后的状态进行比较的视图。可以看出,在将基板浸渍在水中之后,基板相对于水的接触角从92.2度变为3.5度以下。
实施例3:粘附特性随水温和时间的变化
将包含预定比例为30%以上的铝/氧化铝/铝的合金金属浸渍在40℃或70℃的蒸馏水(DI水)中。
合金金属中包含的金属可以是选自Cu、Ni、Si、Mg、Ag、Au、Zn、Ti、Fe和Cr的一种或两种以上,并且没有限制,只要所述金属通常可以与铝结合即可。
下面的表1是粘附力测定的结果,以确认氧化铝组合物的粘附特性随着水温和反应时间而提高。为了测定粘附力,使用由3M公司制备的Scotch Tape进行剥离试验。
由3M公司制备的Scotch Tape是名称为Transparent Tape的产品,使用20mm×50mm的尺寸以测定粘附力。
[表1]
在表1中,对于在铝的氧化反应之前的铝层的粘附性,可以确认,在氧化反应进行时,随着氧化反应中使用的水温的升高以及反应时间的增加,表现出100%粘附性的铝的粘附性提高。
在表1中可以看出,在反应温度为70℃且反应时间为30秒内,氧化铝组合物的粘附力大于氧化反应前的铝层的粘附力的150%,在60秒内,氧化铝组合物的粘附力大于氧化反应前的铝层的粘附力的170%,并且在反应温度为70℃且反应时间为90秒以上时,氧化铝组合物的粘附力大于氧化反应前的铝层的粘附力的300%。
所述观察结果也可以在图16的曲线图中确认,可以看出,随着氧化反应时间的增加,所形成的氧化铝组合物的粘附特性提高。
实施例4:电导率和薄层电阻特性随水温和反应时间的变化
将包含预定比例为30%以上的铝/氧化铝/铝的合金金属浸渍在70℃的蒸馏水(DI水)中。
合金金属中包含的金属可以是选自Cu、Ni、Si、Mg、Ag、Au、Zn、Ti、Fe和Cr的一种或两种以上,并且没有限制,只要所述金属通常可以与铝结合即可。
下面的表2示出了氧化铝组合物的电导率特性随氧化反应时间的变化。为了测定通过铝的氧化反应所形成的氧化铝组合物的薄层电阻的变化,使用4点探针法。
[表2]
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 平均值 | |
0秒 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.511 |
10秒 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.523 |
20秒 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.511 |
60秒 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.570 |
120秒 | 1.7 | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 2.2 | 2.7 | 2.0 | 1.8 | 1.9 | 1.7 | 1.6 | 1.5 | 1.6 | 1.6 | 1.4 | 1.4 | 2.0 | 1.73 |
180秒 | 16.1 | 13.2 | 6.5 | 10.1 | 15.1 | 78.0 | 78.0 | 45.6 | 56.1 | 23.1 | 62.4 | 74.6 | 31.8 | 16.2 | 41.4 | 55.2 | 37.0 | 38.84 |
在表2中,纵轴是氧化反应时间,横轴是薄层电阻值的测定次数。当氧化反应时间在60秒内时,氧化铝组合物的薄层电阻为0.57,可以看出,所述值维持在相对于氧化反应前的铝层的薄层电阻的120%以下。
所述观察结果也可以在图16的曲线图中确认,可以看出,在氧化反应时间为60秒内,粘附性优异,同时维持氧化铝组合物的薄层电阻值。
实施例5:利用铝的氧化反应调节透光率
在厚度为125μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(制造商:Mitsubishi)上沉积厚度为150nm的铝层,将所得铝层浸渍在100℃的蒸馏水(DI水)中。
当将铝层浸渍在水中时,观察透光率随时间的变化。
图18是示出当将铝层浸渍在水中时观察到的透光率随时间的变化的视图,图19是示出当将铝层浸渍在水中时透光率随时间的变化的曲线图。作为图18和图19中当将铝层浸渍在水中时观察透光率随时间的变化的结果,可以确认,透光率在5分钟内提高18.4%,并且透光率在20分钟内提高90%以上。
比较例1和比较例2以及实施例6和实施例7:利用铝的氧化反应调节透光率和雾度
在比较例1中,使用厚度为125μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(制造商:Mitsubishi),在比较例2中,使用厚度为100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(制造商:Mitsubishi)。
在实施例6中,在厚度为125μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(制造商:Mitsubishi)上沉积铝层,将所得铝层浸渍在100℃的蒸馏水(DI水)中。
此外,在实施例7中,在厚度为100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(制造商:Mitsubishi)上沉积铝层,将所得铝层浸渍在100℃的蒸馏水(DI水)中30分钟。
[表3]
在表3中,处理30分钟后(确定铝层的氧化反应在深度方向上已经完全终止)的样品表现出的透光率为90.7%且雾度值为1.0,与比较例1相比,光特性提高40%以上。
此外,实施例7表现出如下光特性,其中,与比较例2相比,透光率提高3%以上且雾度值改善40%。
所述结果也可以从图20中当将铝层浸渍在水中时透光率曲线随时间的变化以及图21中当将铝层浸渍在水中时雾度曲线随时间的变化来确认。在图20和图21中,可以看出,随着铝层的氧化反应时间的增加,透光率提高且雾度值降低。
通过A光源的雾度计HM-150测定雾度,并且通过D65光源的COH-400测定透光率、明度指数(L)和感知色度指数(a和b)。
比较例1和实施例6的评价实施例1:稳定性试验
对在比较例1和实施例6中制造的基板进行稳定性实验。将比较例1和实施例6中的样品在85℃的压力锅试验(PCT)室中放置1天。
[表4]
在表4中,可以看出,在比较例1和实施例6中处理30分钟后的样品相对稳定,因此在稳定性试验之前和之后没有显著差异,但是在实施例6中处理5分钟后和处理10分钟后的样品的情况下,由于湿气通过PET背面渗入而发生另外的氧化反应,因此,透光率提高,雾度值劣化。
通过A光源的雾度计HM-150测定雾度,并且通过D65光源的COH-400测定透光率、明度指数(L)和感知色度指数(a和b)。
比较例2和实施例7的评价实施例:透光率和反射率试验
对在比较例2和实施例7中制备的基板进行反射率和透光率试验。测定比较例2和实施例7的样品在从300nm至2,300nm的区域中的透光率和反射率。结果示于图22和图23中。
图22是示出在比较例2和实施例7中制造的基板在从300nm至2,300nm的区域中的透光率的曲线图,图23是示出在比较例2和实施例7中制造的基板在从300nm至2,300nm的区域中的反射率的曲线图。
在图21中,实施例7中制造的基板表现出的透光率高于比较例2中的基板的透光率,在图22中可以看出,在从300nm至2,300nm的区域内,具体地,在从可见光区域380nm至800nm的范围内,与比较例2中的基板的反射率相比,实施例7中制造的基板的反射率表现出5%以上的提高的效果。
实施例8:根据水的pH调节氧化铝组合物的生成速率
将尺寸为10×10cm2的铝/聚对苯二甲酸乙二醇酯(Al/PET)浸渍在100℃的蒸馏水(DI水)中。通过向蒸馏水中添加KOH和HNO3来调节水溶液的pH,并且通过测定用肉眼观察到的铝和氧化物的金属色完全消失的时间点处的时间来计算氧化铝组合物的生成速率,该生成速率在表5中描述。
[表5]
图24是示出氧化铝组合物的生成速率随水的pH范围的变化的视图。从图24的结果可以确认,随着水的碱度的提高,氧化铝组合物的生成速率显著提高。
从图24和表5的结果可以确认,当将铝层浸渍在还含有碱的水中时,氧化铝组合物的生成速率提高。
因此,可以通过浸渍在40℃至100℃的中性或碱性水中来制备根据本说明书的一个示例性实施方案的氧化铝组合物。
Claims (16)
1.一种包含氧和铝的氧化铝组合物,
其中,基于全部所述氧化铝组合物的总原子,氧的含量为40原子比例至70原子比例,
铝的含量为30原子比例至60原子比例。
2.一种基板,包括:
基底;
铝层,设置在所述基底的至少一个表面上并且包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种;以及
根据权利要求1所述的氧化铝组合物,设置在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上。
3.一种基板,包括:
基底;以及
根据权利要求1所述的氧化铝组合物,设置在所述基底的至少一个表面上。
4.根据权利要求2所述的基板,其中,所述基板相对于水的接触角为10度以下。
5.根据权利要求2所述的基板,其中,所述氧化铝组合物设置在所述铝层的与所述基底相对的一个表面上的90%以上的区域。
6.根据权利要求2所述的基板,其中,所述氧化铝组合物的粘附力大于所述铝层的粘附力的100%。
7.根据权利要求2所述的基板,其中,与不包含所述氧化铝组合物的基板相比,所述包含氧化铝组合物的基板具有降低的雾度值。
8.根据权利要求2所述的基板,其中,与不包含所述氧化铝组合物的基板相比,所述包含氧化铝组合物的基板具有提高的透光率。
9.根据权利要求2所述的基板,其中,所述基板的透光率为80%以上且小于100%。
10.根据权利要求2所述的基板,其中,所述铝层是膜的形式或图案的形式。
11.一种氧化铝组合物的制备方法,所述制备方法包括:
将包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层浸渍在水中。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其中,所述水的温度为40℃至100℃。
13.根据权利要求11所述的制备方法,其中,将所述铝层浸渍在水中30分钟以下。
14.根据权利要求11所述的制备方法,其中,所述水还含有碱。
15.根据权利要求14所述的制备方法,其中,所述水的PH范围为pH 7至pH 13。
16.一种基板的制造方法,所述制造方法包括:
制备基底;
在所述基底的至少一个表面上形成包含铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的铝层;以及
通过权利要求11至15中的任意一项所述的氧化铝组合物的制备方法,在所述铝层的上表面和侧表面的至少一部分上形成氧化铝组合物。
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