CN1327467A - 配置有热变色氧化物层的基片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含热变色氧化物的基片,该基片为直径小于200μm的颗粒,该颗粒型基片配置有晶状热变色氧化物涂层,层厚小于150nm,其相变温度低于150℃。

Description

配置有热变色氧化物层的基片
本发明涉及配置有热变色氧化物层的基片。本发明还涉及这种基片的特殊应用，特别是作为光学温度指示器和用于IR(红外)辐射的温度相关反射器。
从美国专利3834793中已知上述的基片。根据该专利，获得了可变换的光学组分，其中在基片上配置有热变色物质的薄膜。提及的合适的基片是在石英衬底或不锈钢上的铝。配置有热变色氧化物的基片直接可用作温度相关反射镜。这种热变色物质显示出反射特性的变化，因此由于温度变化而有颜色的变化。对某些热变色物质，这种变化是非常明显，如从红到黑、从黄到红和从黄到深褐色，在美国专利3323241中给出了热变色氧化物的广泛综述及其颜色的特征变化。该专利还提及氧化钒，其中说到块状氧化钒的反射很差，并且在高、低温之间的相变时的反差也小。虽然VO2的特征反射并不优异，但使用VO2的原因是其相变温度低，便于实际应用。另一原因是与其它热变色物质相比，VO2是同等稳定的。
因此，本发明的目的是研制一种可以以基质中的小颗粒形式提供的基片，接着按需在任何大小的基面上涂以涂层。
本发明的另一目的是提供一种对腐蚀不敏感并且配置有热变色氧化物的基片。
本发明的另一目的是提供一种可方便地用作光学温度指示器的基片。
此外，本发明按其目的提供一种以简单方式用作IR辐射的温度相关的反射器的基片。
根据本发明，上述基片的特征在于，该基片是直径＜200μm的基片，这种颗粒型的基片配置有一层晶状热变色氧化物，层厚＜150nm，相变温度低于150℃。
在本发明范围内，术语“颗粒”应理解为片状颗粒或絮片。这种颗粒的特征是纵横比＞10。此外，对本发明重要的是颗粒的取向应平行于配置以颗粒的基面。
特别是为将基片作为分散颗粒以已知方法配置于在基面上的透明基体中，其直径＜200μm是希望的，该基面例如是电熨斗的底面。如果使用直径超出上述范围的颗粒，实际上不可能在基面上的薄层中配置该基片，同时没有颗粒显示出所需的反射程度。此外，例如其中有直径超出上述范围的颗粒存在的分散体的加工容易性将得不到满足，特别是在此种分散体喷雾的情况下更是如此。热变色氧化物必需是晶状的，因为非晶态没有相变。此外，从实际应用看，相变需在低于150℃下发生，晶状热变色氧化物的厚度要＜150nm，以致达到所需的光学效果。
在本发明的特定实施方案中，优选厚度为＜100nm的晶状热变色氧化物层的相变温度＜100℃。这种相变温度特别对家庭应用如电熨斗的底面是希望的，因为必需防止与能引起伤害的热表面的肉体接触的危险。
可提及的适宜的基片是锌、铜、铝、其合金和云母。
直径＜75μm，特别优选直径为7-45μm的铝作为基片是特别优选的，因为它有有利的光学效果，同时也有较大的动态范围。在实验中表明，如果要在基片上配置许多层时，铝是非常稳定的基片。
在本发明的另一实施方案中，优选使用直径＜150μm的云母，该物质对腐蚀特别不敏感。
优选用VO2作为热变色氧化物，特别是有单斜结构的VO2，该物质有高的折射率，并且是半透明的。单斜VO2特别适合作为热变色氧化物，其在约68℃时相变到四方结构，在该相变时折射率有明显改变。
虽然美国专利5364467中公开了配置有第一无色的金属氧化层和在其上的非选择性吸收层的颗粒型金属基片，但从该专利并不知道这种颗粒用作热变色材料。那里公开的该申请特别涉及用于汽车工业的油漆和清漆。此外，美国专利未公开热变色氧化物必需是晶状的。
此外，在某些实施方案中，透明的或选择性吸收的金属氧化物是配置在基片和在基片上配置的热变色氧化物层之间，该附加层的厚度优选＜1μm，特别是＜500nm。优选地以选自二氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、氧化锡、五氧化二钒、氧化铬、氧化铁(III)、及其混合物的金属氧化物作为合适的透明的或选择性吸收的金属氧化物，从其低折射率值和高的化学惰性考虑，二氧化硅和氧化铝是特别优选的。此外，氮化硅和氟化镁也可作为中间层的合适的透明的或选择性吸收的材料。
在本发明的某些实施方案中，晶状热变色氧化物层的相变应被降低，其效果可由价态为≥5的一种或几种过渡金属掺杂该层来达到，该过滤金属例如选自钛、铌、钼、铱、钽和钨以及其混合物。
在本发明的某些实施方案中，如果希望升高晶状热变色氧化物层的相变，优选用价态为≤4的一种或多种过渡金属掺杂的热变色氧化物层，该过渡金属例如选自铝、铬和铁，或其混合物。但应指出，在价态为4的情况下，相变是否增加和降低是稍不可预计的。
上面提到的要加入的掺杂剂的量取决于所需的温度偏移，并可由通式V1-xMxO2给出，其中M是掺杂剂元素，X是化学计算量，理想是0＜X＜0.1，优选0＜X＜0.05。
此外，在本发明的某些实施方案中，优选是透明的或选择性吸收的金属氧化物的附加层是配置在晶状热变色氧化物层的上方。该附加层不仅有光学功能，而且有保护功能，例如在基体中混用颜料或在使用所述基片的过程中。在这种实施方案中，也可能使透明的或选择性吸收的金属氧化物层处于晶状热变色氧化物层和基片之间，尽管本发明未限制该中间层的存在。根据本发明，还可提供一种基片，如铝，它有一层VO2，并且在其上还有一层如二氧化硅。另一种可能是在铝上配置例如二氧化硅层，接着配置VO2层，该VO2层还可配置有例如二氧化硅层。
可配置在晶状热变色氧化物层上的合适的金属氧化物可选自二氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化铬、氧化铁、和其混合物，从其低折射率值和其化学惰性考虑，二氧化硅和氧化铝是特别优选的。此外，氮化硅和氟化镁也可作为该种覆盖层的合适的透明的或选择性吸收的材料。这种透明的或选择性吸收的金属氧化物的厚度＜1μm，特别优选＜500nm。
本发明的基片特别适用作为光学温度指示器。因此，该颗粒型基片配置于经受温度变化的基面上的透明基体中。其可能的应用为：电熨斗的底板、水壶的壁、电热板等，还可用于特别希望基片的颜色能对主要温度提供指示的场合。
本发明基片的另一应用是用作IR辐射的温度相关反射器，特别是对要控制温度的物体如卫星面板。

Claims (22)

1.一种配置有热变色氧化物层的基片，其特征在于，基片颗粒的直径为＜200μm，该颗粒型基片配置有晶态热变色氧化物层，其层厚为＜150nm，其相变温度为低于150℃。
2.权利要求1的基片，其特征在于，晶状热变色氧化物层的厚度为＜100nm，相变温度＜100℃。
3.权利要求1和2的基片，其特征在于，用锌、铜、铝、其合金、或云母作为基片。
4.权利要求3的基片，其特征在于，用直径＜75μm的铝作为基片。
5.权利要求3的基片，其特征在于，用直径＜150μm的云母作为基片。
6.权利要求1的基片，其特征在于，用VO2作为热变色氧化物。
7.权利要求6的基片，其特征在于，采用单斜结构的VO2。
8.权利要求1-7的基片，其特征在于，透明的或选择性吸收的金属氧化物层配置在基片和热变色氧化层之间。
9.权利要求8的基片，其特征在于，该透明的或选择性吸收的金属氧化物层基本上由选自氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化铬、五氧化二钒、氧化铁、和其混合物的金属氧化物构成。
10.权利要求8和9的基片，其特征在于，该透明的或选择性吸收的金属氧化物层的厚度为＜1μm。
11.权利要求10的基片，其特征在于，该透明的或选择性吸收的金属氧化物层的厚度为＜500nm。
12.权利要求1-11的基片，其特征在于，将一种或多种掺杂剂加到热变色氧化物层中，该掺杂剂选自钛、铌、钼、铱、钽、钨、和其混合物。
13.权利要求1-11的基片，其特征在于，将一种或多种掺杂剂加到热变色氧化物层中，该掺杂剂选自铝、铬、铁、和其混合物。
14.权利要求12和13的基片，其特征在于，在通式为V1-xMxO2的掺杂的氧化钒中，化学计算量x＜0.1，M为掺杂元素。
15.权利要求1-14的基片，其特征在于，透明的或选择性吸收的金属氧化物层配置在晶状热变色氧化物上方。
16.权利要求15的基片，其特征在于，该透明的或选择性吸收的金属氧化物层基本上由选自氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化铬、五氧化二钒、氧化铁、和其混合物的金属氧化物构成。
17.权利要求15和16的基片，其特征在于，该透明的或选择性吸收的金属氧化物层的厚度为＜1μm。
18.权利要求17的基片，其特征在于，该透明的或选择性吸收的金属氧化物层的厚度为＜500nm。
19.权利要求1-18的基片用作光学温度指示器的应用。
20.权利要求19的基片，其特征在于，颗粒型基片配置在位于电熨斗底板上的透明基体中。
21.权利要求1-18的基片用作IR辐射的温度相关反射器的应用。
22.权利要求21的基片，其特征在于，该基片是配置在卫星面板上。
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