ES2623381T3 - Método para deposición no electrolítica de plata nanometálica y reflectora de alta reflectancia depositada mediante plata nanometálica utilizando dicho método - Google Patents

Método para deposición no electrolítica de plata nanometálica y reflectora de alta reflectancia depositada mediante plata nanometálica utilizando dicho método Download PDF

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Abstract

Un método para deposición no electrolítica de plata metálica de tamaño nanométrico que comprende las etapas de preparar una solución de plata y una solución reductora, la solución de plata que incluye plata iónica que se va a reducir a plata metálica y la solución reductora que incluye un agente reductor para reducir la solución de plata; y rociar la solución de plata preparada y la solución reductora preparada al mismo tiempo en una región predeterminada por encima de un sustrato, estando dicha región predeterminada separada del sustrato, en donde cada solución de plata y cada solución reductora tienen una temperatura de 20ºC a 35ºC y la solución de plata y la solución reductora se rocían en una relación de 1 a 2 equivalentes del agente reductor por equivalente de plata iónica con una velocidad de 100 mL/minuto a 300 mL/minuto con una presión de aire de 2 kg/cm2 a 5 kg/cm2, de modo que la capa de plata, cuando la plata metálica tiene un diámetro de 2 Å a 30 Å, se deposita, forma un sustrato.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para deposicion no electrolftica de plata nanometalica y reflectora de alta reflectancia depositada mediante plata nanometalica utilizando dicho metodo
Esta solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de las solicitudes de patente coreanas N° 10-2009-0042676 presentada el 15 de mayo de 2009 y N° 10-2009-0091500 presentada el 28 de septiembre de 2009 en la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
(a) Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a una deposicion no electrolftica de plata nanometalica. Espedficamente, la presente invencion se refiere a un metodo para una deposicion no electrolftica de plata sobre una superficie no conductora para que tenga una buena densidad, y una placa que tiene la plata metalica depositada por el metodo. Mas particularmente, la presente invencion proporciona un reflector usado para un reflector solar o un reflector optico en los que es necesaria una alta reflectancia.
(b) Descripcion de la tecnica relacionada
Convencionalmente, los metodos para aplicar brillo metalico a vehftculos y componentes para electrodomesticos se pueden clasificar en dos metodos, es decir, un metodo en humedo y un metodo en seco. En primer lugar, se utiliza generalmente un metodo de recubrimiento de cromo como el metodo en humedo, y se usa generalmente un metodo de deposicion al vado como metodo en seco. Sin embargo, en el metodo de cromado, se genera un agua residual toxica por cromo hexavalente. En el metodo de deposicion al vado, la productividad es baja debido al alto costo de la inversion en instalaciones y equipos y a una limitacion en la cantidad de procesamiento de acuerdo al tamano del equipo.
Mientras tanto, un reflector tal como un espejo tiene generalmente una capa delgada de metal reflectante revestida sobre una superficie de un sustrato de vidrio. La capa de metal revestida directamente sobre el sustrato de vidrio es convencionalmente una capa de plata. Sin embargo, puede emplearse otra capa metalica tal como una capa de cobre. Cuando se utiliza la capa de plata como capa reflectante principal, para suprimir la corrosion de la capa de plata, se forma una capa de cobre como capa de proteccion para proteger la capa de plata. Ademas, para mejorar las propiedades anticorrosivas y de resistencia a la abrasion, puede formarse una capa de pintura sobre la capa de plata o la capa de cobre.
Aqm, la patente de Estados Unidos N° 4.737.188 describe un metodo convencional para formar la capa de plata utilizada como capa de reflexion. Es decir, se roda una solucion mezcladora que mezcla el nitrato de plata amoniacal y un agente reductor que contiene un alcali fuerte, sobre una superficie de vidrio sensibilizada y, por lo tanto, se deposita la capa de plata sobre el vidrio.
Sin embargo, si la capa de plata se forma mediante el metodo de electrodeposicion convencional anterior, existen inconvenientes debido a que la reflectancia no es alta (aproximadamente 80%) debido a la baja densidad de la capa de plata y la luz se escapa. Ademas, existe un problema serio debido a que la reflectancia se reduce drasticamente cuando se expone el sustrato de reflexion a las condiciones exteriores.
Particularmente, en un reflector a gran escala utilizado para la generacion de energfa solar termica, si la reflectancia se incrementa solo en un 1%, puede aumentarse el penodo de operacion de la generacion de energfa solar termica hasta veinte anos. Ademas, se puede aumentar la tasa de operacion por reflectancia (es decir, la tasa de conversion de energfa), logrando asf un efecto de generacion de energfa. Por lo tanto, se requiere constantemente que el reflector tenga una reflectancia aumentada en tan solo 1%.
Por otra parte, la patente coreana N° 10-0766715 (Electrodeposicion de Plata no Electrolftica Usando Amina) se refiere a un metodo de electrodeposicion de plata no electrolftico que genera una peftcula delgada de plata sobre un sustrato usando una solucion de electrodeposicion sin electrolitos que incluye ion de plata y un agente reductor. Mediante el control de una concentracion relativa entre el ion plata y la amina, se puede controlar libremente el tamano de las partfculas de plata que forman la peftcula delgada de plata, desde varias decenas de nanometros hasta varias decenas de micrometres y se puede controlar el espesor de la peftcula delgada de plata formada sobre el sustrato. La muestra obtenida tiene una densidad (rugosidad superficial) inferior a 25 pm. En la densidad, la peftcula fina de plata puede tener propiedades opticas y de brillo hasta cierto punto; sin embargo, no tiene una alta reflectancia. Ademas, el contenido relacionado con la reflectancia no se menciona en la patente coreana.
La Publicacion de patente japonesa abierta a inspeccion publica No. 2001-46958 (Formacion de una peftcula de recubrimiento que tiene brillo metalico) se refiere a un metodo para formar una peftcula de recubrimiento que tiene brillo metalico sobre una superficie de un molde de plastico para automoviles o electrodomesticos. Divulga un
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metodo de electrodeposicion que utiliza un procedimiento de rociado que tiene dos boquillas que rodan simultaneamente nitrato de plata y un agente reductor. Esto se refiere a un metodo de recubrimiento en humedo para proporcionar un brillo metalico sobre la moldura de plastico, y no hace referencia a un reflector que tiene una alta reflectancia.
RESUMEN DE LA INVENCION
La presente invencion se ha hecho en un esfuerzo por resolver el problema anterior. La presente invencion es para proporcionar un metodo para una deposicion no electrolftica de plata metalica sobre diversos sustratos. El metodo no es un proceso de recubrimiento no electrolftico usando un metodo de inmersion. En el metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 de la presente invencion, mediante rociado de una solucion de plata que incluye plata ionica que se reduce a plata metalica y una solucion reductora, un agente reductor para reducir la solucion de plata al mismo tiempo a una region predeterminada por encima de un sustrato, se forman partfculas metalicas de plata que tienen un diametro de 2 a 30 A y se forma una capa de plata por deposicion de la plata metalica de tamano nanometrico. Y, se forma sobre el sustrato una capa de plata que tiene plata metalica de tamano nanometrico y que tiene un espesor superior a aproximadamente 110 nm, que tiene por lo tanto una alta reflectancia.
Ademas, la presente invencion es para proporcionar una placa que tiene plata metalica depositada de tamano nanometrico como un reflector que tiene alta densidad y una reflectancia considerablemente excelente.
Para conseguir el objeto anterior, una realizacion de la presente invencion proporciona un metodo para una deposicion no electrolftica de plata metalica de tamano nanometrico. El metodo incluye una etapa de preparacion de una solucion de plata y una solucion reductora, y una etapa de rociar la solucion de plata preparada y la solucion reductora preparada al mismo tiempo a una region predeterminada por encima de un sustrato. La solucion de plata incluye plata ionica que se reduce hasta plata metalica y la solucion reductora incluye un agente reductor para reducir la solucion de plata.
Aqrn, la region predeterminada por encima del sustrato es un espacio separado del sustrato. Un angulo entre el sustrato y cada una de las direcciones de rociado de la plata y las soluciones reductoras puede ser mayor de 0° y menor de 90°.
Cada una de la solucion de plata y la solucion reductora tienen una temperatura de 20°C a 35°C. La solucion de plata y la solucion reductora se rodan en una relacion de 1 a 2 equivalentes del agente reductor por 1 equivalente de plata ionica con una velocidad de 100 ml/minuto a 300 ml/minuto mediante una presion de aire de 2 kg/cm2 a 5 kg/cm2.
La solucion de plata puede incluir ademas otro metal ionico excepto por la plata ionica. El otro metal ionico puede ser aluminio ionico.
La etapa de rociar la solucion de plata y la solucion reductora puede incluir ademas una etapa de tratamiento termico de la solucion de plata que incluye el otro metal ionico durante 0,5 a 2 horas a una temperatura de 20°C a 60°C. La etapa de rociar la solucion de plata y la solucion reductora puede incluir ademas una etapa de aplicacion de neutrones a la solucion de plata tratada termicamente mediante irradiacion.
El sustrato puede ser un sustrato de vidrio o un sustrato de cuarzo.
Mientras tanto, otra realizacion de la presente invencion proporciona un reflector que consiste en una placa que incluye una capa de plata que tiene plata metalica de tamano nanometrico depositada por el metodo anterior.
La plata metalica de tamano nanometrico puede tener un diametro de 2 A a 30 A. La capa de plata puede tener un espesor de 110 nm a 150 nm.
De acuerdo con la presente invencion, la presente invencion proporciona un metodo para deposicion no electrolftica de plata metalica sobre diversos sustratos ceramicos tales como sustrato de vidrio y un sustrato de cuarzo. Espedficamente, el metodo es util para aplicaciones en las que es necesaria una alta reflectancia, tal como, un espejo. Por ejemplo, rociando una solucion de plata que incluye plata ionica que se reduce hasta plata metalica y una solucion reductora, un agente reductor para reducir la solucion de plata al mismo tiempo a una region predeterminada por encima de un sustrato (un sustrato de vidrio o sustrato de cuarzo), se forman partfculas de plata metalica que tienen un diametro menor de 30 A y se forma una capa de plata con un espesor de aproximadamente 110 nm mediante la deposicion de la plata metalica de tamano nanometrico. Y, por lo tanto, puede proporcionarse una reflectancia de una alta eficiencia que tiene la plata metalica depositada de tamano nanometrico.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una fotografta tomada por un microscopio electronico (Modelo Joel JSM 2401F) para mostrar una capa de plata que tiene plata metalica de tamano nanometrico depositada de acuerdo con la presente invencion.
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La figura 2 es un grafico de la reflectancia en el ejemplo 1 y en los ejemplos comparativos 1 y 2.
La figura 3 es un grafico de la reflectancia en el ejemplo 1 y en los ejemplos comparativos 3 y 4.
La figura 4 es un grafico de la reflectancia en el ejemplo 1 y el ejemplo comparativo 5.
La figura 5 es una fotograffa de microscopio que muestra una seccion transversal y la densidad de una capa en el
reflector de acuerdo con el ejemplo 1 de la presente invencion.
La figura 6 es una fotograffa grafica que muestra la densidad de una capa en el reflector de acuerdo con el ejemplo comparativo 2 convencional.
La figura 7 es una vista esquematica que muestra la eficiencia de reflexion de acuerdo con la densidad.
La figura 8 es un grafico que muestra la transmision de luz de capas de plata de acuerdo con el ejemplo 1 de la presente invencion, dependiendo del espesor de cada una de la capa de plata.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
A continuacion, se describira mas completamente una realizacion de la presente invencion con referencia a los dibujos adjuntos.
La presente invencion se refiere a un metodo para la deposicion no electrofftica de plata metalica de tamano nanometrico. Para este proposito, en primer lugar, se preparan una solucion de plata y una solucion reductora. La solucion de plata incluye plata ionica que se puede reducir hasta plata metalica, y la solucion reductora incluye un agente reductor para reducir la solucion de plata.
La solucion de plata es una fuente de plata metalica para la formacion de una capa de plata. La solucion reductora reduce la plata ionica en una region predeterminada durante un proceso de manera que la plata metalica se precipita cuando la solucion reductora se roda con la solucion de plata. Por tanto, cuando la solucion de plata y la solucion reductora se rodan al mismo tiempo en una region predeterminada por encima de un sustrato en una etapa subsiguiente, la plata metalica de tamano nanometrico se precipita mediante una reaccion de espejo de plata. La plata metalica precipitada se deja caer sobre el sustrato, y asf se forma la capa de plata.
La plata ionica puede incluir todo tipo de compuestos metalicos, sales, complejos de inclusion y compuestos de coordinacion adecuados para una capa reflectante. Por ejemplo, la plata ionica puede ser Ag+. Ademas, los agentes reductores para reducir la solucion de plata pueden ser todos los tipos de agentes reductores adecuados para reducir la plata ionica contenida en la solucion de plata hasta plata metalica.
A continuacion, en la presente realizacion, la solucion de plata preparada y la solucion reductora preparada se rodan al mismo tiempo a la region predeterminada por encima del sustrato. Es decir, cuando la solucion de plata y la solucion reductora se rodan al mismo tiempo, la solucion de plata rociada y la solucion reductora se encuentran en la region predeterminada por encima del sustrato. En palabras, cuando la solucion de plata y la solucion reductora se rodan simultaneamente, la solucion de plata rociada y la solucion reductora rociada no se rodan en diferentes regiones por encima del sustrato. De este modo, la solucion de plata rociada y la solucion reductora rociada se reunen y generan la reaccion de espejo de plata en el aire. Por ejemplo, la region predeterminada por encima del sustrato es preferiblemente un espacio separado del sustrato.
En el aparato de rociado convencional, una boquilla de rociado es generalmente vertical al substrato. De este modo, aunque la solucion de plata y la solucion reductora se rodan simultaneamente, es forzada a rociar por separado la solucion de plata y la solucion reductora a las diferentes regiones del sustrato, respectivamente. Por consiguiente, en el aparato de rociado convencional, despues de depositar una solucion de la solucion de plata y la solucion reductora sobre el sustrato, se deposita otra solucion en el sustrato. De este modo, la reaccion de espejo de plata se genera sobre la superficie del sustrato. Por otra parte, en la presente realizacion, la plata metalica se precipita en la region predeterminada separada del sustrato.
Para este proposito, el angulo entre el sustrato y la boquilla que roda cada una de las soluciones de plata y reductora es preferiblemente mayor de 0° y menor de 90° en la etapa de rociado. Mas preferiblemente, el angulo es de aproximadamente 45°.
De la misma manera, dado que la reaccion de espejo de plata se genera en la region predeterminada por encima del sustrato (preferiblemente, el espacio predeterminado separado del sustrato), pueden formarse parffculas finas de plata metalica, en comparacion con el metodo convencional. Las parffculas de plata metalica finas aumentan la densidad de la capa de plata formada y, de este modo, aumentan la reflectancia.
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Los presentes inventores llevaron a cabo muchos experimentos y varios anos de estudios y encontraron que se pueden obtener pardculas de tamano nanometrico (preferiblemente partfculas de plata que tienen un diametro de 2 a 30 A) solo en unas condiciones espedficas, y por lo tanto lograr la presente realizacion. En la condicion espedfica, cada una de la solucion de plata y la solucion reductora tiene una temperatura de 20°C a 35°C. Ademas, la solucion de plata y la solucion reductora se rodan en una relacion de 1 a 2 equivalentes del agente reductor con respecto a 1 equivalente de plata ionica con una velocidad de 100 ml/minuto a 300 ml/minuto mediante una presion de aire de 2 kg/cm2 a 7 kg/cm2
Por otra parte, la solucion de plata puede incluir ademas otro metal ionico diferente de la plata ionica. El otro metal ionico puede ser aluminio, oro o mquel ionicos. Espedficamente, el otro metal ionico puede ser aluminio ionico.
En el caso de que la solucion de plata este constituida unicamente por plata ionica, es preferible que el 99,5% en peso de las nanopartfculas de plata esten contenidas en todas las partfculas de tamano nanometrico obtenidas por reduccion. En el caso de que la solucion de plata incluya otro metal ionico, es mas preferible que el 99,75% en peso de las nanopartfculas de plata esten contenidas en todas las partfculas de tamano nanometrico obtenidas por la reduccion. Si la relacion de las partfculas de plata de tamano nanometrico es menor que la anterior, la reflectancia en una region de longitud de onda corta puede ser baja.
La solucion de plata que incluye otro metal ionico (no la plata ionica) se puede preparar por varios metodos. Por ejemplo, los polvos de partfculas de aluminio de tamano nanometrico se pueden mezclar con una primera solucion que contiene la plata ionica. Selectivamente, una primera solucion que contiene la plata ionica y una segunda solucion que contiene polvos de partfculas de aluminio de tamano nanometrico se mezclan entre sft Ademas, puede prepararse la solucion de plata que contiene una sal de plata junto con una sal de aluminio.
Por consiguiente, cuando se rodan la solucion de plata y la solucion reductora, para evitar las agregaciones de la plata ionica contenida en la solucion de plata y el otro metal ionico, la solucion de plata que contiene el otro metal ionico puede ser tratada termicamente durante 0,5 a 2 horas a una temperatura de 20°C a 60°C. Ademas, en el caso de que un neutron termico sea irradiado a la solucion de plata tratada termicamente durante varios minutos, pueden disminuirse adicionalmente las agregaciones.
De acuerdo con el metodo anterior para la deposicion no electrolftica de la plata metalica de tamano nanometrico, se puede formar una capa de plata que tiene plata metalica de tamano nanometrico depositada sobre el sustrato. Una placa de acuerdo con la presente realizacion puede tener la plata metalica de tamano nanometrico depositada.
En este caso, es preferible que la plata metalica de tamano nanometrico tenga un diametro de 2 A a 30 A. Si el diametro no esta en el intervalo, la reflectancia y la durabilidad pueden deteriorarse. Tambien, mas preferiblemente, la capa de plata tiene un espesor de 110 nm a 150 nm. Si el espesor es inferior a 110 nm, los rayos ultravioleta o los rayos visibles pueden pasar a traves de la capa de plata. Si el espesor es de mas de 150 nm, el efecto no se incrementa en gran medida.
Ademas, en el metodo para la deposicion no electrolftica de la plata metalica y el sustrato depositado con la plata metalica, el sustrato puede ser un sustrato de vidrio o un sustrato de cuarzo. Como sustrato de vidrio, es preferible un substrato de vidrio con bajo contenido de hierro. Un reflector en el que la plata metalica de tamano nanometrico se deposita sobre el sustrato de vidrio es adecuado para un espejo reflectante. En este caso, se puede obtener una imagen clara, en comparacion con el espejo reflectante convencional.
La presente invencion puede entenderse mediante los siguientes ejemplos. Sin embargo, los siguientes ejemplos son solo para proporcionar ejemplos de la presente invencion. Por lo tanto, la presente invencion no esta limitada a los mismos.
Ejemplo 1: Un metodo para deposicion no electrolftica usando una solucion de plata que incluye plata de tamano nanometrico
En primer lugar, se preparo una solucion de plata como sigue. Es decir, se disolvieron 25,4 g de nitrato de plata con 100 g de agua destilada (agua pura) y luego se anadio 10% de hidroxido de amonio de manera que la solucion tema un pH de 10 a 11. Despues de anadir 2,5 g de un agente dispersante a la solucion, se anadio agua pura a fin de que la solucion entera tuviera un volumen de 500 ml. La solucion preparada se agito a una temperatura de -2 a 4°C. La disolucion agitada se uso para la solucion de plata.
Con el fin de formar una solucion reductora, se disolvieron 15 g de hidrato de hidracina y 30 ml de etanol en 455 ml de agua pura y se mantuvo la temperatura de la solucion en el intervalo de 0 a 4°C. La solucion se utilizo para la solucion reductora.
A continuacion, en el estado en que la temperatura de las soluciones se mantuvo en un intervalo de 20 a 35°C, se rociaron la solucion de plata y la solucion reductora a un espacio separado por 1 a 10 cm de distancia de un sustrato de vidrio (fabricado por Asahi Glass, espesor: 3,2 mm, ancho: 1,0 mm, longitud: 1,0 mm). Se rociaron en una relacion de 1 equivalente del hidrato de hidracina por 1 equivalente del nitrato de plata. Y, el angulo entre el sustrato
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de vidrio y cada una de las boquillas para rociar las soluciones de plata y reductora era de aproximadamente 45°. Ademas, las soluciones se rociaron a una velocidad de 100 ml/minuto a 300 ml/minuto mediante una presion de aire de 2 kg/cm2 a 7 kg/cm2 a traves de las boquillas.
Los presentes inventores encontraron que se pueden obtener partfculas de tamano nanometrico (preferiblemente partfculas de plata de un diametro de 2 a 30 A) solo en condiciones espedficas. Las condiciones se refieren a la presion del aire, la relacion de equivalentes del hidrato de hidracina por 1 equivalente del nitrato de plata, la temperatura y el volumen de la solucion. Los resultados de los ensayos se muestran en la siguiente Tabla 1 a la Tabla 5.
[Tabla 1: resultado que depende de la presion del aire]
M-v-%2 \ O ~ C Ix^/r-v-^2 I
Menos que 2 kg/cm2
2 a 5 kg/cm2 Mas que 5 kg/cm2
Se formaron partfculas no uniformes que teman diametros de 10 a 200 nm.
Se formaron partfculas que teman diametros de 2 a 30 A. No se formaron nanopartfculas.
En el resultado que depende de la presion de aire, las nanopartfculas que tienen un diametro de 2 a 30 A solo se formaron a una presion de aire de 2 a 5 kg/cm2.
[Tabla 2: resultado que depende del equivalente o equivalentes del hidrato de hidracina por 1 equivalente del nitrato ______________________________________de plata]______________________________________
Menos de 1 equivalente
1 a 2 equivalentes Mas que 2 equivalentes
El espesor de la capa de metal de plata de tamano nanometrico no era uniforme.
El espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico podna ser controlado facilmente. No se formo una capa metalica de plata de tamano nanometrico.
En el resultado de acuerdo con el equivalente del hidrato de hidracina por 1 equivalente del nitrato de plata, el espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico no era uniforme en el caso de que el equivalente del hidrato de hidracina fuera menor que 1. La capa metalica de plata de tamano nanometrico no se formo en el caso de que el equivalente del hidrato de hidracina sea superior a 2. Por otra parte, el espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico podna controlarse facilmente solo en el caso de que el equivalente del hidrato de hidracina sea de 1 a 2.
[Tabla 3: resultado dependiente de la temperatura]
Menos que 20°C
20 a 35°C Mas que 35°C
No se formaron nanopartfculas ni capa metalica, y se formaron manchas.
Se formaron partfculas que teman diametros de 2 a 30 A. La rugosidad superficial fue inferior debido a las agregaciones.
En el resultado dependiente de la temperatura, en el caso de que la temperatura sea inferior a 20°C, no se formaron las nanopartfculas ni la capa metalica, y se formaron manchas. En el caso de que la temperatura fuese superior a 35°C, la rugosidad superficial fue inferior debido a las agregaciones.
[Tabla 4: resultado que depende del volumen de cada una de las soluciones]
Menos de 100 mL
100 a 300 mL Mas de 300 mL
No se podfa controlar el espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico.
Se podfa controlar facilmente el espesor de la capa.
No se podfa controlar el espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico.
En el resultado dependiendo del volumen de cada una de las soluciones, el espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico no podfa controlarse en el caso de que el volumen fuese inferior a 100 ml y en el caso de que el volumen fuese superior a 300 ml. En el caso de un volumen de 100 a 300 ml, el espesor de la capa podfa ser controlado facilmente.
[Tabla 5: espesor de la capa metalica de plata de tamano nanometrico dependiente del tiempo de rociado en el estado en que el volumen de cada una de las soluciones era de 100 a 300 ml]
30 segundos
45 segundos 50 segundos 60 segundos 90 segundos
50 nm
70 nm 90 a 100 nm 110 nm 150 nm
En el estado en que el volumen era de 100 a 300 ml, las soluciones se rociaron durante 30 segundos, 45 segundos, 50 segundos, 60 segundos y 90 segundos, respectivamente. De este modo, cada una de las capas metalicas de plata de tamano nanometrico formadas tema un espesor diferente.
De acuerdo con la condicion anterior, la solucion de plata y la solucion reductora se mezclaron en el espacio por encima del sustrato de vidrio, y se redujo la plata ionica contenida en la solucion de plata, formando de este modo la partfcula de plata que tema un diametro de 2 a 30 A. Las partfculas de plata de tamano nanometrico se depositaron
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sobre el sustrato de vidrio (vease la figura 1), y de este modo se formo una capa de plata que tenia un espesor de 5 nm ~ 1 pm. En este caso, podna variarse el espesor de la capa de plata dependiendo de la cantidad de rociado y del tiempo de rociado de la solucion de plata y de la solucion reductora y del volumen del agente reductor. En la realizacion, se fabricaron las capas de plata, cada una de las cuales tema un espesor de 50, 70, 100, 120, 130 y 150 nm, para formar una placa cada una con la capa de plata.
A continuacion, se limpiaron las placas utilizando agua pura para eliminar materiales no reaccionados.
Las nanopartfculas de plata de la placa fabricada se observaron mediante un microscopio electronico (Modelo Joel JSM 2401F).
Ejemplo 2: metodo para deposicion no electrolttica usando una solucion de plata que incluye partfculas de tamano nanometrico de plata y aluminio
En primer lugar, se formo una solucion de plata preliminar que contema plata ionica a traves del mismo metodo que en el ejemplo 1.
Ademas, se formo por separado una solucion de aluminio disolviendo 0,045 g de nitrato de aluminio en 30 g de agua pura. La solucion de aluminio se mezclo con la solucion de plata anterior para preparar una solucion de plata que contema la plata ionica y el aluminio ionico.
Y se prepararon 500 ml de una solucion reductora mezclando 8% de d+glucosa, 2% de etanol y 3% de soda caustica como agente reductor con agua pura.
A continuacion, en el estado en que la temperatura se mantuvo en un intervalo de 20 a 35°C, la solucion de plata y la solucion reductora se rociaron a un espacio separado de 1 a 30 cm de distancia de un sustrato de vidrio (fabricado por Asahi Vidrio, un vidrio plano, espesor: 3,2 mm, ancho: 1,0 mm, longitud: 1,0 mm). Se rociaron en una relacion de 2 equivalentes de la d+glucosa por 1 equivalente del nitrato de plata. Y, el angulo entre el sustrato de vidrio y cada una de las boquillas para rociar la plata y las soluciones reductoras era de aproximadamente 45°. Ademas, las soluciones se rociaron con una velocidad de 100 ml/minuto a 300 ml/minuto mediante una presion de aire de 2 kg/cm2 a 7 kg/cm2 a traves de las boquillas.
De acuerdo con la condicion anterior, la solucion de plata y la solucion reductora se mezclaron en el espacio por encima del sustrato de vidrio y se redujo la plata ionica (incluyendo el aluminio ionico) contenida en la solucion de plata, formando asf la partfcula de plata (incluyendo la partfcula de aluminio) que tiene un diametro de 2 a 30 A. Las partfculas de plata de tamano nanometrico (incluidas las partfculas de aluminio) se depositaron sobre el sustrato de vidrio (vease la figura 1), y por lo tanto se formo una capa de plata con un espesor de 5 nm ~ 1 pm. En este caso, el espesor de la capa de plata podfa variarse dependiendo de la cantidad rociada y del tiempo de rociado de la solucion de plata y de la solucion reductora y del volumen del agente reductor.
A continuacion, se limpiaron las placas usando agua pura para eliminar los materiales no reaccionados.
Ejemplo 3: deposicion no electrolttica de nanopartfculas, que incluye etapas de tratamiento termico e irradiacion de neutrones
En primer lugar, se preparo una solucion de plata. Es decir, se disolvieron 17 g de nitrato de plata y 0,94 g de nitrato de aluminio en 100 g de agua destilada (agua pura) y luego se anadio 10% de hidroxido de amonio de manera que la solucion tema un pH de 9,5 a 10,5. Despues de anadir 2,5 g de un agente dispersante a la solucion, se anadio agua pura de manera que la solucion completa tuviera un volumen de 500 ml. La solucion preparada se agito a una temperatura de -2 a 4°C. La disolucion agitada se uso para la solucion de plata que contema la plata ionica y el aluminio ionico.
En este caso, se eliminaron la plata ionica y el aluminio ionico no reaccionados mediante una resina de intercambio ionico. Para evitar las agregaciones de la plata ionica y del aluminio ionico, se trato termicamente la solucion de plata que contema la plata ionica y el aluminio ionico durante 0,5 a 2 horas a una temperatura de 25 a 50°C, y se irradio el neutron termico a la solucion durante 3 minutos a razon de 1,25 x 109 n/cm2/s.
Se preparo una solucion reductora por el mismo metodo que en el ejemplo 2.
A continuacion, se rocio la solucion de plata, que contema la plata ionica y el aluminio ionico y que habfa sido irradiada mediante neutrones, y la solucion reductora por el mismo metodo que en el ejemplo 2. De este modo, se formo la capa de plata sobre el sustrato de vidrio. En este caso, podfa variarse el espesor de la capa de plata dependiendo de la cantidad de rociado y del tiempo de rociado de la solucion de plata y de la solucion reductora y del volumen del agente reductor.
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Ejemplos comparativos 1 a 5: Un reflector que incluye una capa de plata convencional Como ejemplos comparativos, se prepararon los reflectores de la siguiente manera.
Ejemplo comparativo 1: Se preparo un reflector que tema una capa de recubrimiento de plata. La capa de electrodeposicion de plata se formo por un metodo en humedo. En el reflector, se formaron secuencialmente un sustrato de vidrio, una capa de electrodeposicion de plata formada por el metodo en humedo, una capa de cobre y una pluralidad de una pluralidad de capas de pintura. El reflector era un reflector convencionalmente comercial usado para una energfa solar.
Ejemplo comparativo 2: Se preparo un reflector en el que se formo una capa de electrodeposicion de plata sobre una placa de aluminio. La capa de electrodeposicion de plata se formo por un metodo en seco. 99,9% de la plata se deposito sobre la placa de aluminio mediante una deposicion al vacfo a una presion de 10-6 Torr. El espesor de la capa de electrodeposicion de plata era de 3 A. El reflector era un reflector convencionalmente comercial usado para energfa solar.
Ejemplo comparativo 3: Se preparo una placa comercial mediante una placa de aluminio anodizando. Se formo una pelfcula de oxido sobre la superficie de la placa de aluminio. El reflector era un reflector convencionalmente comercial utilizado para energfa solar.
Ejemplo comparativo 4: Se preparo un reflector que tema una capa protectora formada sobre una superficie frontal. Era una estructura opuesta a la del reflector convencional usado para energfa solar. Mediante recubrimiento por rociado de una resina poliesterica con un espesor de 20 pm sobre la capa de plata producida por el ejemplo 3, el reflector tema una estructura de una capa polimerica / capa de plata de tamano nanometrico / sustrato de vidrio. El reflector se probo en la situacion en que se uso la capa recubierta de polfmero como superficie frontal.
Ejemplo comparativo 5: Se preparo un espejo convencional en el que se apilaron una capa de plata y una capa de cobre sobre un sustrato de vidrio.
Ejemplo experimental 1: ensayo de medicion de la reflectancia
La reflectancia de cada uno de los reflectores fabricados mediante los ejemplos y los ejemplos comparativos se midio usando el equipo Shimadzu modelo UV-3100PC.
En primer lugar, se midio la reflectancia de la placa (reflector), que tema la capa de plata con un espesor de 110 nm y se fabrico mediante el ejemplo 1, y la reflectancia de los reflectores fabricados por los ejemplos comparativos 1 y 2. Los resultados se muestran en la figura 2. En la figura 2, @ representa un espectro general de energfa solar. Como se muestra en la figura 2, en comparacion con el ejemplo 1, se deterioro la reflectancia de rayos visibles y de rayos infrarrojos (de aproximadamente 380 a aproximadamente 1.000 nm) en los ejemplos comparativos 1 y 2. Particularmente, en los ejemplos comparativos 1 y 2, la reflexion no se genero eficientemente en una region de longitud de onda corta (350-400nm), y, por lo tanto, la eficiencia de la reflexion es baja.
Se midio la reflectancia de la placa, que tema la capa de plata con el espesor de 110 nm y se fabrico mediante el ejemplo 1, y la reflectancia de los reflectores fabricados mediante los ejemplos comparativos 3 y 4. Los resultados se muestran en la figura 3. Como se muestra en la figura 3, en comparacion con el ejemplo 1, la reflectancia de los rayos visibles (de aproximadamente 380 a aproximadamente 780 nm) se deterioro en gran medida en los ejemplos comparativos 3 y 4.
Ademas, se midio la reflectancia de la placa, que tema la capa de plata con un espesor de 110 nm y se fabrico mediante el ejemplo 1, y se midio la reflectancia del reflector fabricado mediante el ejemplo comparativo 5. Los resultados se muestran en la figura 4. Como se muestra en la figura 4, la reflectancia del ejemplo 1 era alta en toda la region.
Ejemplo experimental 2: una prueba de medicion de la densidad
La densidad de los reflectores fabricados mediante los ejemplos y los ejemplos comparativos se midio a traves de un metodo de interferencia optica usando el Modelo Zaigo NV6300.
Es decir, tal como se muestra en la figura 5, en la reflectancia de la placa, que tema la capa de plata con un espesor de 110 nm y se fabrico mediante el ejemplo 1, la superficie de la capa de plata era plana y densa. El valor de la densidad medida usando el modelo Zaigo NV6300 fue de PV 2,279 Ra 0,273. Es decir, la densidad era superior.
Por otra parte, como se muestra en la figura 6, la placa de reflectancia, que tema la capa de plata fabricada mediante la deposicion al vacfo en el ejemplo comparativo 2, el valor fue PV 3,47 Ra 0,51. Por lo tanto, puede observarse que el reflector de acuerdo con la presente invencion tema una densidad considerablemente excelente.
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La figura 7 es una vista esquematica que muestra una eficiencia de reflexion de acuerdo con una densidad. El reflector de la presente realizacion tema una densidad excelente, y por lo tanto tema una alta reflectancia.
Ejemplo Experimental 3: Prueba que mide la reflectancia dependiendo del espesor de la capa de plata
Con respecto a los reflectores que tienen las capas de plata formadas por el ejemplo 1, se probo un grado de fuga de luz dependiendo del espesor.
Es decir, en las capas de reflexion fabricadas de acuerdo con el ejemplo 1, las capas de plata teman un espesor de 50 nm, 70 nm, 100 nm, 110 nm y 150 nm, respectivamente. La fuga de luz se midio mediante la medicion de la reflectancia a traves del modelo Shimadzu UV-3100PC.
El resultado se muestra en la figura 8 y en la Tabla 6. Cuando la capa de plata tema un espesor inferior a 100 nm, hubo fuga de luz. Teniendo en cuenta una cantidad de rayos infrarrojos generados (el grado de la fuga de luz), era mas preferible que la capa de plata tuviera un espesor de 110 nm o mas de 110 nm.
El resultado se muestra en la FIG. 8 y la Tabla 6. Cuando la capa de plata tema espesor inferior a 100 nm, la luz se filtro. Teniendo en cuenta una cantidad de rayos infrarrojos generados (el grado de la fuga de luz), era mas preferible que la capa de plata tuviera un espesor de 110 nm o mas de 110 nm.
[Tabla 6: Reflectancia dependiendo del espesor de la capa de plata]:
Espesor de la capa de
Fuga de luz mediante un analisis (%)
plata (nm)
Rayo ultravioleta Rayo visible Rayo infrarrojo
50
Sf Sf Sf
70
Sf Sf Sf
100
Sf No Cantidad: 0,06
110
Sf No Cantidad: 0,03
12
No No Cantidad: 0,03
150
No No Cantidad: 0,03
Ejemplo experimental 4: Prueba que mide la reflectancia de un reflector que tiene una capa de plata con un espesor de110 nm
Con respecto a los reflectores que tienen las capas de plata formadas mediante el ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 a 5, se midio la reflectancia con el fin de comparar las cualidades.
Es decir, la capa de plata del reflector de acuerdo con el ejemplo 1, tema un espesor superior a 110 nm, y se midio la reflectancia el Modelo Perkin Elmer 1050. El resultado se muestra en las figuras 2, 3 y 4, y en la siguiente Tabla 7.
Tipo de reflector material del sustrato material de la capa de reflexion Reflectancia inicial a 550nm [%1 Reflectancia total Reflexion a longitud de onda corta
Ejemplo 1
un especimen del ejemplo 1 vidrio plata 96,4 95
Ejemplo comparativo 1
reflector comercial utilizado para energfa solar vidrio plata 93,5 90 sin reflexion
Ejemplo comparativo 2
aluminio plata 91,5 91
Ejemplo comparativo 3
aluminio anodizado 89,0 87
Ejemplo comparativo 4
un reflector que tiene una capa una protectora formada sobre una superficie frontal vidrio plata 87,0 89 sin reflexion
Ejemplo comparativo 5
un espejo convencional vidrio plata 87,0 80 sin reflexion
Ejemplo experimental 5: Prueba que mide la reflectancia dependiendo del tiempo transcurrido
Con respecto al reflector de acuerdo con los ejemplos 1 y 2, y el ejemplo comparativo 1, se midieron la reflectancia inicial y la reflectancia del tiempo transcurrido en los rayos visibles utilizando el modelo Shimadzu UV-3100PC.
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La prueba para la reflectancia dependiendo del tiempo transcurrido fue para saber si la flexibilidad se mantuvo continuamente en las diferentes condiciones exteriores, tales como el d^a y la noche, una alta temperatura, en el fno, en alta humedad y en el viento. La durabilidad se evaluo midiendo la reflectancia del reflector expuesto a una camara de envejecimiento (lampara de xenon Atlas Ci-3000, 2800KJ/m2/h), despues de 500 horas, 1.000 horas, 2.000 horas y 3.000 horas. La humedad fue del 85%, y la temperatura fue de 60°C.
El resultado se muestra en la tabla 8. La reflectancia inicial del reflector de acuerdo con los ejemplos 1 y 2 es mas alta que la reflectancia inicial del reflector de acuerdo con el ejemplo comparativo 1 en un 3%. La reflectancia del tiempo transcurrido del reflector de acuerdo con los ejemplos 1 y 2 es mayor que la reflectancia del tiempo transcurrido del reflector de acuerdo con el ejemplo comparativo 1 en un 3% a 4%.
[Tabla 8: Reflectancia inicial y reflectancia del tiempo transcurridol
Reflectancia inicial (%) Reflectancia del tiempo transcurrido (%)
500 horas
1.000 horas 2.000 horas 3.000 horas
Ejemplo 1
96,4 96,0 95,5 94,9 94,0
Ejemplo 2
96,6 96,2 95,6 95,2 94,1
Ejemplo comparativo 1
93,5 93,0 92,2 91,8 90,2
Si la reflectancia del reflector en la presente invencion se elevaba en aproximadamente un 2%, como en la tabla 7, se podfa mejorar una unidad de productividad por ano correspondiente a un grado de (un area de 2.000.000 m2) X (tasa de conversion de energfa) X (reflectancia), de acuerdo con Modelo de Simulacion SEGS de 200MW con referencia a una central termica solar de 200MW. Por lo tanto, podna reducirse considerablemente el costo.
De acuerdo con la presente invencion, mediante el rociado de una solucion de plata que incluye plata ionica que se va a reducir a plata metalica, y una solucion reductora, un agente reductor para reducir la solucion de plata en el mismo momento que una region predeterminada por encima del sustrato, se forman partfculas de plata metalicas que tienen un diametro menor a 30 A, y se forma una capa de plata con un espesor no mayor a 110 nanometros sobre el sustrato mediante una deposicion que tiene plata metalica de tamano nanometrico.
Tambien, puesto que la capa de plata tiene partfculas de plata de tamano nanometrico, puede aumentarse la densidad. De este modo, la placa puede utilizarse para un reflector que tiene una reflectancia considerablemente excelente.
El reflector de acuerdo con la presente invencion tiene una eficiencia de reflexion considerablemente excelente en comparada con el reflector solar convencional. Por lo tanto, la perdida de luz generada en la reflexion de la luz solar puede minimizarse, y la eficiencia de reflexion puede maximizarse. En consecuencia, en un sistema generador electrico solar CPV y una central termica solar que utiliza energfa solar, se pueden mejorar las caractensticas en la generacion de energfa.
De este modo, cuando se utiliza la placa para un espejo reflectante, se puede obtener una imagen clara, comparada con el espejo reflectante convencional.
Si bien esta invencion se ha descrito en relacion con lo que actualmente se considera que son ejemplos de realizaciones practicas, debe entenderse que la presente invencion no se limita a las realizaciones descritas aqrn, sino que, por el contrario, pretende cubrir varias modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del esprntu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para deposicion no electrolftica de plata metalica de tamano nanometrico que comprende las etapas de
    preparar una solucion de plata y una solucion reductora, la solucion de plata que incluye plata ionica que se va a reducir a plata metalica y la solucion reductora que incluye un agente reductor para reducir la solucion de plata; y rociar la solucion de plata preparada y la solucion reductora preparada al mismo tiempo en una region predeterminada por encima de un sustrato, estando dicha region predeterminada separada del sustrato, en donde cada solucion de plata y cada solucion reductora tienen una temperatura de 20°C a 35°C y la solucion de plata y la solucion reductora se rodan en una relacion de 1 a 2 equivalentes del agente reductor por equivalente de plata ionica con una velocidad de 100 mL/minuto a 300 mL/minuto con una presion de aire de 2 kg/cm2 a 5 kg/cm2, de modo que la capa de plata, cuando la plata metalica tiene un diametro de 2 A a 30 A, se deposita, forma un sustrato.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el sustrato es un sustrato de vidrio.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la solucion de plata comprende ademas otro metal ionico diferente de la plata ionica.
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 3, en donde el otro metal ionico es aluminio ionico.
  5. 5. El metodo de una de las reivindicaciones 3 o 4, en donde la etapa de rociar la solucion de plata y la solucion reductora comprende ademas una etapa de tratamiento termico de la solucion de plata que incluye al otro metal ionico durante 0,5 a 2 horas a una temperatura de 20°C°C a 60°C.
  6. 6. El metodo de la reivindicacion 5, en donde la etapa de rociar la solucion de plata y la solucion reductora comprende ademas una etapa de aplicacion de neutrones a la solucion de plata tratada termicamente por irradiacion.
  7. 7. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el tiempo de rociado de la solucion de plata y la solucion reductora esta adaptado para conseguir una capa de plata que tiene un espesor de al menos 110 nm, preferiblemente 110-150 nm.
  8. 8. Un reflector depositado por el metodo para la deposicion no electrolftica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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