JP4250761B2 - Manufacturing method of light control mirror glass using magnesium-nickel alloy thin film - Google Patents
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Description
本発明は、特定組成を有するマグネシウム・ニッケル合金薄膜を用いた調光ミラーガラスに関するものであり、更に詳しくは、本発明は、窓ガラスから入射する太陽光をブラインドやカーテンなしで自動的にコントロールする調光ガラスに用いる新規調光ミラー材料、当該材料を用いた調光ミラーガラスの製造方法等に関するものである。
本発明は、建物や乗り物における太陽光の透過率を制御するための窓材料技術として有用である。
The present invention relates to a light control mirror glass using a magnesium-nickel alloy thin film having a specific composition. More specifically, the present invention automatically controls sunlight incident from a window glass without a blind or a curtain. The present invention relates to a novel light control mirror material used for the light control glass, a manufacturing method of the light control mirror glass using the material, and the like.
The present invention is useful as a window material technique for controlling the transmittance of sunlight in buildings and vehicles.
一般に、建物において窓（開口部）は大きな熱の出入り場所になっている。例えば、冬の暖房時の熱が窓から流失する割合は４８％程度であり、夏の冷房時に窓から熱が入る割合は７１％程度にも達する。したがって、窓における光・熱をうまくコントロールすることにより、膨大な省エネルギー効果を得ることができる。
調光ガラスは、このような目的で開発されたものであり、光・熱の流入・流出をコントロールする機能を有している。
In general, windows (openings) in buildings are places where large heat enters and exits. For example, the rate at which heat is lost from the windows during winter heating is about 48%, and the rate at which heat enters from the windows during summer cooling is about 71%. Therefore, enormous energy saving effect can be obtained by controlling light and heat in the window.
The light control glass has been developed for such a purpose and has a function of controlling inflow and outflow of light and heat.
このような調光ガラスの調光を行う方式には、いくつかの種類がある。それらのうち、１）電流・電圧の印加により可逆的に透過率の変化する材料をエレクトロクロミック材料といい、２）温度により透過率が変化する材料をサーモクロミック材料といい、また、３）雰囲気ガスの制御により透過率が変化する材料をガスクロミック材料という。この中でも、調光層に酸化タングステン薄膜を用いたエレクトロクロミック調光ガラスの研究が最も進んでおり、現在、ほぼ実用化段階に達しており、市販品も出されている。 There are several types of light control methods for such light control glass. Among them, 1) a material whose transmittance is reversibly changed by application of current / voltage is called an electrochromic material, 2) a material whose transmittance is changed by temperature is called a thermochromic material, and 3) an atmosphere. A material whose transmittance is changed by gas control is called a gas chromic material. Among them, research on electrochromic light control glass using a tungsten oxide thin film as a light control layer is most advanced, and it has almost reached the stage of practical use, and a commercial product is also available.
この酸化タングステンを初めとして、これまで知られているエレクトロクロミック調光ガラスは、すべて調光層で光を吸収することにより調光を行うことをその原理としている。この場合、この種の調光ガラスは、調光層が光を吸収することにより熱を持ち、それがまた室内に再放射されるため、省エネルギー効果が低くなってしまうという欠点を持っている。これをなくすためには、光を吸収することにより調光を行うのではなく、光を反射することにより調光を行う必要がある。つまり、鏡の状態と透明な状態が可逆的に変化するような特性を有する材料が望まれていた。 The electrochromic light control glass known so far, including this tungsten oxide, is based on the principle that light control is performed by absorbing light in the light control layer. In this case, this type of light control glass has the disadvantage that the light control layer has heat by absorbing light and is re-radiated indoors, so that the energy saving effect is reduced. In order to eliminate this, it is necessary to adjust light by reflecting light, not by adjusting light by absorbing light. That is, a material having such a property that the state of the mirror and the transparent state reversibly change has been desired.
このような、鏡の状態と透明な状態で変化する材料は長らく見つかっていなかったが、１９９６年にオランダのグループにより、イットリウムやランタンなどの希土類の水素化物が、水素により鏡の状態と透明な状態に変化することが発見され、このような材料は「調光ミラー」と命名された（非特許文献１）。これらの希土類水素化物は、透過率の変化が大きく、調光ミラー特性に優れている。しかし、この調光ミラーは、材料として希土類元素を用いるため、窓のコーテイングなどに用いる場合、資源やコストに問題があった。 Such materials that change between the mirror state and the transparent state have not been found for a long time, but in 1996, a Dutch group made rare earth hydrides such as yttrium and lanthanum transparent by the hydrogen. It was discovered that the material changed to a state, and such a material was named “dimming mirror” (Non-Patent Document 1). These rare earth hydrides have a large change in transmittance and are excellent in light control mirror characteristics. However, since this light control mirror uses rare earth elements as a material, there are problems in resources and costs when used for coating a window.
その後、２００１年に、アメリカのグループにより、マグネシウム・ニッケル合金のＭｇ2 Ｎｉが新たな調光ミラー材料として発見された（非特許文献２）。この材料は、使用する元素がマグネシウムとニッケルであり、希土類元素に比べて、資源的にもコスト的にも優位である。したがって、この材料は、より窓ガラスコーテイングに適した材料として期待される。ただし、この材料は、鏡の状態のときの反射率は高いが、透明状態になったときの光学透過率が低く（文献で２０％）、実用的な材料とするためにはこの透明時の透過率を上げる必要があった。 Thereafter, in 2001, a magnesium / nickel alloy Mg2Ni was discovered as a new light control mirror material by an American group (Non-patent Document 2). This material uses magnesium and nickel as elements, and is superior in terms of resources and cost compared to rare earth elements. Therefore, this material is expected as a material more suitable for window glass coating. However, this material has a high reflectivity when in a mirror state, but has a low optical transmittance when it is in a transparent state (20% in the literature). It was necessary to increase the transmittance.
調光ミラー特性を有する材料としては、これまで、イットリウムやランタン等の希土類金属の水素化物、希土類金属とマグネシウムもしくはガドリニウム合金の水素化物、及びマグネシウム・ニッケル合金の水素化物等が知られている。この中で、資源やコストの観点から、窓ガラスのコーテイングに適しているのはマグネシウム・ニッケル合金を用いたものである。しかし、これまで報告されているマグネシウム・ニッケル合金は、その水素化状態における透過率が低く、とても実用的に使用できるものではなかった。また、調光ガラスの中では、前述のように、酸化タングステン薄膜を用いたエレクトロクロミック調光ガラスの研究が最も進んでおり、すでに商品化されている。しかし、この薄膜は、複雑な多層薄膜コーテイングを必要とするため、コストが非常に高く、そのことが、普及を妨げる大きな要因になっている。これらのことから、当該技術分野においては、優れた特性を有する調光ガラスを作製し、提供することを実現化できる新しい調光材料を開発することが強く要請されていた。 As materials having dimming mirror properties, hydrides of rare earth metals such as yttrium and lanthanum, hydrides of rare earth metals and magnesium or gadolinium alloys, and hydrides of magnesium / nickel alloys are known. Among these, from the viewpoint of resources and cost, a magnesium / nickel alloy is suitable for the coating of the window glass. However, the magnesium-nickel alloy reported so far has a low permeability in the hydrogenated state and has not been practically usable. Among the light control glasses, as described above, research on electrochromic light control glass using a tungsten oxide thin film has been most advanced and has already been commercialized. However, since this thin film requires a complicated multilayer thin film coating, the cost is very high, which is a major factor that hinders its spread. For these reasons, there has been a strong demand in the technical field to develop a new light control material capable of realizing and providing a light control glass having excellent characteristics.
本発明者は、このような状況の中で、多元スパッタリング法によってマグネシウムとニッケルの組成を様々に変えて成膜を行い、その調光ミラー特性の評価を詳細に行った結果、Ｍｇ2 Ｎｉよりもはるかに透明時の透過率の高い、新たな組成ＭｇＮｉｘ（０．１＜ｘ＜０．３）の存在することを発見し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。 The present inventor has Under such circumstances, it is preferable that deposition be performed variously changing the composition of the magnesium and nickel by multi-source sputtering method, the results of evaluation of the dimming mirror characteristics in detail, than Mg 2 Ni However, it was discovered that a new composition MgNix (0.1 <x <0.3) having a much higher transmittance when transparent was present, and further research was conducted to complete the present invention.
本発明は、コスト的に安価なマグネシウム薄膜及びごく微量のパラジウム膜等の触媒層を使用した新しいタイプの調光ミラー材料の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、当該調光ミラー材料を用いた調光ミラーガラス窓の作製方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、コーテイング層が２層でシンプルであることから大きなコスト低減が見込まれる新しい調光ミラー材料及びその用途を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a new type of light control mirror material using a catalyst layer such as a magnesium thin film and a very small amount of palladium film, which are inexpensive.
Moreover, this invention aims at providing the preparation methods of the light control mirror glass window using the said light control mirror material.
Another object of the present invention is to provide a new dimming mirror material and its application, which are expected to greatly reduce the cost because the coating layer is simple with two layers.
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）透明な基板の上にマグネシウム・ニッケル合金薄膜の調光層を形成することにより調光ミラー材料を製造する方法であって、
１）基板表面に、組成がＭｇＮｉｘ（０．１＜ｘ＜０．３）のマグネシウム・ニッケル合金薄膜の調光層を形成し、２）上記薄膜に触媒材料をコートして触媒層を形成する、あるいは、３）上記１）〜２）の工程と、上記触媒層に保護層の材料をコートして保護層を形成する工程により、室温（２０℃付近）で水素化によって透明状態になるクロミック特性を有し、室温から１００℃までの温度領域で脱水素化によって鏡状態になるクロミック特性を有する、調光ミラー材料を作製することを特徴とする調光ミラー材料の製造方法。
（２）上記ＭｇＮｉｘ（０．１＜ｘ＜０．３）のｘが、０．１６−０．２であることを特徴とする前記（１）に記載の調光ミラー材料の製造方法。
（３）上記薄膜に、触媒材料のパラジウムもしくは白金をコートして、０．５ｎｍ−１０ｎｍの触媒層を形成することを特徴とする前記（１）に記載の調光ミラー材料の製造方法。
（４）スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、又はめっき法により、上記薄膜に、触媒材料のパラジウムもしくは白金をコートすることを特徴とする前記（３）に記載の調光ミラー材料の製造方法。
（５）上記保護層が、水素透過性であり、かつ水非透過性の材料からなることを特徴とする前記（１）に記載の調光ミラー材料の製造方法。
（６）前記（１）から（４）のいずれかに記載の調光ミラー材料からなる調光層を、透明部材表面に形成することを特徴とする調光ミラー部材の製造方法。
（７）透明部材が、アクリル、プラスチック、又は透明シートであることを特徴とする前記（６）に記載の調光ミラー部材の製造方法。
（８）前記（１）から（４）のいずれかに記載の調光ミラー材料からなる調光層を、ガラス表面に形成することを特徴とする調光ミラーガラスの製造方法。
（９）復層ガラスからなる調光ミラーガラス窓を作製する方法であって、前記（８）に記載の方法で作製された調光ミラーガラスを、復層ガラスの内側に形成することを特徴とする調光ミラーガラス窓の作製方法。
（１０）上記復層ガラスのガラスの間隙に、水素ガス及び加熱した大気もしくは酸素ガスを導入する雰囲気制御器を設置することを特徴とする前記（９）に記載の調光ミラーガラス窓の作製方法。
（１１）前記（１）から（４）のいずれかに記載の調光ミラー材料からなる調光層を、透明部材ないしガラス表面に形成した調光ミラー部材ないし調光ミラーガラスを、物品に装着することを特徴とする調光ミラー機能を有する物品の作製方法。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) A method for producing a light control mirror material by forming a light control layer of a magnesium-nickel alloy thin film on a transparent substrate ,
1) the substrate surface, the composition forms a dimmer layer of magnesium-nickel alloy thin film of MgNix (0.1 <x <0.3) , 2) to form a catalyst layer was coated with the catalyst material in the thin film or 3) the 1) to 2 and steps), more to the step of forming a protective layer by coating the material of the protective layer on the catalyst layer, the transparent state by hydrogenation at room temperature (around 20 ° C.) having chromic properties, method for producing a switchable mirror material characterized and Turkey to prepare the chromic properties having a switchable mirror material comprising a mirror state by the dehydrogenation in the temperature range up to 100 ° C. from room temperature.
(2) the MgNix (0.1 <x <0.3) x the method of producing a switchable mirror material according to (1), which is a 0.16-0.2.
(3) in the thin film, by coating the palladium or platinum catalyst material, manufacturing method of switchable mirror material according to (1), characterized in that to form the catalyst layer of 0.5 nm-10 nm.
(4) The above-mentioned (3), wherein the thin film is coated with palladium or platinum as a catalyst material by sputtering, vacuum deposition, electron beam deposition, chemical vapor deposition (CVD), or plating. The manufacturing method of the light control mirror material as described in).
(5) The method for producing a light control mirror material according to (1), wherein the protective layer is made of a hydrogen-permeable and water-impermeable material.
(6) A method for producing a light control mirror member, wherein a light control layer made of the light control mirror material according to any one of (1) to (4) is formed on a transparent member surface.
(7) The method for producing a light control mirror member according to (6), wherein the transparent member is acrylic, plastic, or a transparent sheet.
(8) A method for producing a light control mirror glass, comprising forming a light control layer comprising the light control mirror material according to any one of (1) to (4) on a glass surface.
(9) A method for producing a light control mirror glass window made of a return glass, wherein the light control mirror glass prepared by the method described in (8) is formed inside the return glass. A method for producing a light control mirror glass window.
(10) in the gap of the glass of the condensate layer glass, for manufacturing a switchable mirror glass window according to above, wherein the placing the atmosphere controller for introducing hydrogen gas and heated air or oxygen gas (9) Method.
(11) A light control mirror member or light control mirror glass in which a light control layer made of the light control mirror material according to any one of (1) to (4) is formed on a transparent member or a glass surface is mounted on an article. A method for manufacturing an article having a dimming mirror function.
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、優れた調光ミラー特性を有する特定組成ＭｇＮｉｘ （０．１＜ｘ＜０．３）のマグネシウム・ニッケル合金薄膜からなる調光ミラー材料に係るものである。この調光ミラー特性に優れたマグネシウム・ニッケル合金薄膜は、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、めっき法等により作製することができる。しかし、これらの方法に制限されない。本発明では、上記マグネシウム・ニッケル合金薄膜の表面に触媒層が形成される。上記触媒層として、好適には、パラジウムもしくは白金が用いられる。しかし、これらに限定されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。この触媒層は、好適には、上記マグネシウム薄膜の表面に０．５ｎｍ−１０ｎｍのパラジウムもしくは白金をコートして形成される。しかし、触媒層の形成方法及びその形態は特に制限されない。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention relates to a light control mirror material comprising a magnesium-nickel alloy thin film having a specific composition MgNix (0.1 <x <0.3) having excellent light control mirror characteristics. The magnesium / nickel alloy thin film having excellent light control mirror characteristics can be produced by sputtering, vacuum deposition, electron beam deposition, chemical vapor deposition (CVD), plating, or the like. However, it is not limited to these methods. In the present invention, a catalyst layer is formed on the surface of the magnesium-nickel alloy thin film. As the catalyst layer, palladium or platinum is preferably used. However, it is not limited to these, and can be used similarly if they have the same effect. This catalyst layer is preferably formed by coating palladium or platinum of 0.5 nm to 10 nm on the surface of the magnesium thin film. However, the formation method and form of the catalyst layer are not particularly limited.
上記触媒層は、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、めっき法等により作製することができる。しかし、これらの方法に制限されない。このように、これらのマグネシウム・ニッケル合金薄膜及び触媒層の成膜は、好適には、例えば、上記マグネトロンスパッタ装置等を利用して行われる。上記調光ミラー材料からなる調光層を基板の透明部材ないしガラス表面に形成することにより調光ミラー部材ないし調光ミラーガラスが得られる。この場合、基板としては、好適には、アクリル、プラスティック、透明シート、ガラスが例示される。しかし、これらに限らず、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。本発明では、上記調光層の表面に、保護層が形成される。この保護層の材料としては、水素に対して透過性で水に対して非透過性の特性を有する材料が用いられる。この保護層は、例えば、上記調光層の表面にこの材料からなるシートを張り付ける方法、上記材料をコーテイングする方法等により形成される。この保護層の形成方法は、特に制限されるものではなく、適宜の方法を用いることができる。
上記保護層の材料例としては、例えば、ポリエチレンシート、酸化タンタル薄膜、酸化ジルコニウム薄膜等が例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。この保護層により、上記調光層の耐久性を大幅に向上させることができる。
The catalyst layer can be produced by sputtering, vacuum vapor deposition, electron beam vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), plating, or the like. However, it is not limited to these methods. As described above, the formation of the magnesium / nickel alloy thin film and the catalyst layer is preferably performed by using, for example, the magnetron sputtering apparatus. A light control mirror member or light control mirror glass is obtained by forming a light control layer made of the light control mirror material on the transparent member or glass surface of the substrate. In this case, the substrate is preferably exemplified by acrylic, plastic, transparent sheet, and glass. However, the present invention is not limited to these and can be used in the same manner as long as they have the same effect. In the present invention, a protective layer is formed on the surface of the light control layer. As the material of the protective layer, a material having characteristics of being permeable to hydrogen and impermeable to water is used. This protective layer is formed by, for example, a method of sticking a sheet made of this material on the surface of the light control layer, a method of coating the material, or the like. The method for forming this protective layer is not particularly limited, and an appropriate method can be used.
Examples of the material for the protective layer include polyethylene sheets, tantalum oxide thin films, zirconium oxide thin films, and the like. However, it is not limited to these, and can be used in the same manner as long as they have the same effect. With this protective layer, the durability of the light control layer can be greatly improved.
次に、上記調光層を復層ガラス窓を構成する２重ガラスや３重ガラスの内側に形成することができる。これにより、調光ミラーガラス窓を作製することができる。この場合、例えば、上記２重ガラスや３重ガラスのガラスの間隙に水素ガス及び加熱した大気もしくは酸素ガスを導入する雰囲気制御器を設置し、これらにより水素化及び脱水素化の度合を任意に調節して上記調光ミラーガラス窓を調光する。上記雰囲気制御器は、例えば、上記調光ミラーガラス窓の適宜の位置に着脱自在に設置することが可能なユニットの形態などに構成することができる。 Next, the light control layer can be formed inside the double glass or triple glass constituting the return glass window. Thereby, the light control mirror glass window can be produced. In this case, for example, an atmosphere controller that introduces hydrogen gas and heated air or oxygen gas is installed in the gap between the glass of the double glass or triple glass, and the degree of hydrogenation and dehydrogenation can be arbitrarily set by these. Adjust the light control mirror glass window. The atmosphere controller can be configured, for example, in the form of a unit that can be detachably installed at an appropriate position of the light control mirror glass window.
調光ミラーガラスの調光方法としては、（１）上記水素化を、水素ガスを用いたガスクロミック手法、水系を含む電解質を用いたエレクトロクロミック手法の１種以上を用いて、水素化の度合を自由に調節して行う方法、（２）上記脱水素化を、大気もしくは酸素ガスを用いたガスクロミック手法、電解質を用いたエレクトロクロミック手法、及び加熱によるサーモクロミック手法の１種以上を用いて、脱水素化の度合を自由に調節して行う方法、があげられる。 The dimming method for the dimming mirror glass is as follows: (1) The hydrogenation is carried out using at least one of a gas chromic method using hydrogen gas and an electrochromic method using an electrolyte containing an aqueous system. (2) The dehydrogenation is performed using one or more of a gas chromic method using air or oxygen gas, an electrochromic method using an electrolyte, and a thermochromic method using heating. , And a method in which the degree of dehydrogenation is freely adjusted.
また、上記調光層が大気もしくは酸素雰囲気下における透明状態から鏡状態への転移速度は温度に対する依存性がある。この性質を利用して、周囲の温度上昇により、自動的に透明な状態から鏡状態に調光するようにすることができる。この場合、温度に対する依存性は、マグネシウム・ニッケル合金薄膜の表面に形成する触媒層の厚さによリコントロールすることが可能である。
また、調光ミラーガラスを２重ガラスの双方にコーテイング面が内側にくるように配置することで、鏡状態における透過率を下げ調光幅を広げることもできる。また、調光ミラーガラスを３重ガラスの内部に配置して、より断熱性能に優れた窓にすることも可能である。
Moreover, the transition rate from the transparent state to the mirror state of the light control layer in the air or oxygen atmosphere is dependent on temperature. By utilizing this property, it is possible to automatically adjust the light from the transparent state to the mirror state as the ambient temperature rises. In this case, the dependence on temperature can be controlled by the thickness of the catalyst layer formed on the surface of the magnesium-nickel alloy thin film.
Further, by arranging the dimming mirror glass on both sides of the double glass so that the coating surface is on the inner side, the transmittance in the mirror state can be lowered and the dimming width can be widened. It is also possible to arrange a light control mirror glass inside the triple glass to make a window with better heat insulation performance.
本発明の調光ミラーガラスの調光特性は、後記する実施例に示されるように、作製したマグネシウム・ニッケル合金薄膜におけるマグネシウムとニッケルの組成に大きく依存する。マグネシウムに対するニッケルの組成比が０．１から０．３の範囲で特異的かつ選択的に優れた調光特性を示す。 The dimming characteristics of the dimming mirror glass of the present invention greatly depend on the composition of magnesium and nickel in the produced magnesium-nickel alloy thin film, as shown in the examples described later. A light control characteristic excellent in specific and selective is exhibited when the composition ratio of nickel to magnesium is in the range of 0.1 to 0.3.
マグネシウム・ニッケル合金のＭｇ2 Ｎｉ薄膜の場合は、水素ガスに曝して水素化した膜は、排気して空気にさらすと、ほぼ水素化と同様の速度で酸化が起こってもとの金属状態に戻る。一方、本発明のマグネシウムに富んだマグネシウム・ニッケル合金薄膜では、空気中における脱水素化の速度が温度に対して大きな依存性を示し、温度が高くなるほど脱水素化の速度が大きくなる。温度によって透過率が変化する現象は、サーモクロミック現象と呼ばれるが、前記の性質を用いることにより、本発明の材料をサーモクロミック的に用いることもできる。このような材料は、これまで見つかっていなかった。 In the case of a magnesium-nickel alloy Mg 2 Ni thin film, a film hydrogenated by exposure to hydrogen gas, when exhausted and exposed to air, returns to its original metallic state even when oxidation occurs at a rate similar to that of hydrogenation. Return. On the other hand, in the magnesium-rich nickel-nickel alloy thin film of the present invention, the rate of dehydrogenation in air shows a large dependence on temperature, and the rate of dehydrogenation increases as the temperature increases. The phenomenon in which the transmittance changes with temperature is called a thermochromic phenomenon. By using the above properties, the material of the present invention can also be used thermochromically. Such a material has not been found so far.
このような性質は、例えば、この膜を白動車の窓ガラスに用いた場合に特に威力を発揮する。つまり、暑い夏に駐車するときなど、室内の温度が上昇すると自動的に透明な状態から鏡の状態に変化して、太陽光を反射し温度上昇を抑える。また、鏡の状態からは水素を送り込むことで、いつでも透明な状態に戻すことができる。どの温度で鏡の状態に戻るようにするかは触媒層の厚さを変えることで調節することができる。すなわち、触媒層の厚さを厚くすると、より低い転移温度で鏡の状態に変化する。ただし、触媒層を厚くすると透明時における透過率が低くなる。 Such a property is particularly effective when this film is used for a window glass of a white car. In other words, when the room temperature rises, such as when parking in hot summer, it automatically changes from a transparent state to a mirror state to reflect sunlight and suppress the temperature rise. Moreover, it can return to a transparent state at any time by sending hydrogen from the mirror state. The temperature at which the mirror returns to the mirror state can be adjusted by changing the thickness of the catalyst layer. That is, when the thickness of the catalyst layer is increased, it changes to a mirror state at a lower transition temperature. However, when the catalyst layer is thickened, the transmittance when transparent is lowered.
本発明の調光ミラー材料を実際の調光ガラスとして用いる場合には、例えば、窓ガラスを構成する２重ガラスの内側にパラジウム等の触媒層を薄くコーテイングしたマグネシウム・ニッケル合金薄膜がくるようにしてシールする。そして、例えば、窓ガラスの二箇所に穴を開け、一方には蓋付の排気孔、もう一方には、この間隙の空間に水を電気分解して水素を発生し送り込んだり、空気もしくは水の電気分解で得られる酸素を送り込んだりするユニット（雰囲気制御器）を取り付ける。この雰囲気制御器から水素を送りこむことで、自由にコントロールして透明状態にすることができる。 When the light control mirror material of the present invention is used as an actual light control glass, for example, a magnesium / nickel alloy thin film with a thin coating layer of a catalyst layer of palladium or the like is placed inside the double glass constituting the window glass. And seal. And, for example, a hole is made in two places on the window glass, one side is an exhaust hole with a lid, and the other side is electrolyzed with water to generate and send hydrogen into the space of this gap, Install a unit (atmosphere controller) that feeds oxygen obtained by electrolysis. By sending hydrogen from this atmosphere controller, it can be freely controlled and made transparent.
水素を含まない空気もしくは酸素雰囲気にすると、脱水素化により透明な状態から徐々に鏡の状態に変化していく。この速度は温度が高いほど早く、例えば温度が４０度の場合には水素化と同程度の速さで鏡の状態に変化する。温度が２０度の場合には水素化（透明化）に比べて１０倍程度の遅さで徐々に鏡の状態に変化する。加熱した空気もしくは酸素を雰囲気制御器から送り込むことで、すばやく鏡の状態に変化させることもできる。 In an air or oxygen atmosphere that does not contain hydrogen, it gradually changes from a transparent state to a mirror state due to dehydrogenation. This speed is higher as the temperature is higher. For example, when the temperature is 40 degrees, it changes to a mirror state at the same speed as hydrogenation. When the temperature is 20 degrees, it gradually changes to a mirror state at a speed about 10 times slower than hydrogenation (transparency). By sending heated air or oxygen from the atmosphere controller, it can be quickly changed to a mirror state.
このように、本発明は、調光ミラー特性に優れたマグネシウム・ニッケル合金薄膜材料と、これを用いた調光ミラーガラスに係るものである。本発明のマグネシウム薄膜に薄くパラジウムもしくは白金を付けたものは、従来報告されているマグネシウム・ニッケル合金のＭｇ2 Ｎｉよりもはるかに優れた調光ミラー特性を示し、調光ミラー実用化のための大きなブレークスルーになると考えられる。現在、住宅における窓の重要性は一般にも広く認識されてきており、新築の家では２重ガラスや３重ガラスを使うことが主流になりつつある。本発明の調光ミラー材料のような調光ミラーガラス用コーテイングは、例えば、２重ガラスや３重ガラスの内側に施すことで、内部の空間をスイッチング用の水素ガスの導入空間として利用することができるため、非常に有利である。 As described above, the present invention relates to a magnesium / nickel alloy thin film material excellent in light control mirror characteristics and a light control mirror glass using the same. The magnesium thin film of the present invention with thin palladium or platinum exhibits a light control mirror characteristic far superior to Mg 2 Ni of the magnesium-nickel alloy reported so far, and for the practical application of the light control mirror. It will be a big breakthrough. At present, the importance of windows in houses has been widely recognized, and the use of double or triple glass is becoming the mainstream in newly built houses. The coating for the light control mirror glass, such as the light control mirror material of the present invention, is applied to the inside of the double glass or triple glass, for example, so that the internal space can be used as a hydrogen gas introduction space for switching. Is very advantageous.
調光ガラスの中でも最も実用段階に近いエレクトロクロミック調光ガラスは、前述のように、性能は優れている。しかし、この調光ガラスは、最低５層の薄膜を高品質でコーテイングする必要があるため、コストが非常に高いという欠点をもっている。それに対して、本発明のマグネシウム・ニッケル合金薄膜からなる調光ミラー材料は、安価なマグネシウムとニッケルを原料として、それにごく微量のパラジウム等の触媒層をコーテイングするだけであり、コスト的に非常に有利である。また、調光における水素の取り扱いについても、例えば、２重ガラスの間隙を調整すること等で、その安全性を高めるとともに、取り扱いやすくすることができる。高機能性ガラスの需要は、今後大きく増大すると考えられる中で、本発明の調光ミラーガラスは、新しい調光ガラス材料を提供するものとしてその意義は大きい。 Among the light control glasses, the electrochromic light control glass closest to the practical stage has excellent performance as described above. However, this light control glass has the disadvantage that the cost is very high because it is necessary to coat at least five layers of thin films with high quality. On the other hand, the dimming mirror material comprising the magnesium-nickel alloy thin film of the present invention is coated with a catalyst layer such as a very small amount of palladium using inexpensive magnesium and nickel as raw materials. It is advantageous. Further, regarding the handling of hydrogen in light control, for example, by adjusting the gap between the double glasses, the safety can be improved and the handling can be facilitated. While the demand for highly functional glass is expected to increase greatly in the future, the light control mirror glass of the present invention has great significance as providing a new light control glass material.
また、本発明の調光ミラーガラスは，建物だけでなく、自動車を始めとする乗物に有効である。特に、自動車において、夏場に駐車しておくと、室内は数十度程度の高温になる。しかし、本発明の調光ミラーガラスを装着すれば、室内の温度が高くなると白動的に透明な状態から鏡の状態に変化し、室内の温度上昇を抑えることができる。この調光ミラーガラスは、鏡の状態になっても、透明な状態にはいつでも戻すことができるため利便性が高い。 The light control mirror glass of the present invention is effective not only for buildings but also for vehicles such as automobiles. In particular, in an automobile, if the vehicle is parked in the summer, the room becomes hot at several tens of degrees. However, if the light control mirror glass of the present invention is attached, the indoor temperature changes from a transparent state to a mirror state when the indoor temperature rises, and an increase in the indoor temperature can be suppressed. This dimming mirror glass is highly convenient because it can be returned to a transparent state at any time even in a mirror state.
更に、本発明の調光ミラーガラスは、上記窓材料だけでなく、あらゆる種類の物品にも広く用いることができる。それにより、例えば、プライバシー保護を目的とした遮蔽物や、鏡状態と透明状態に変わることを利用した装飾物及び玩具等に調光ミラー機能を付加することができる。本発明において、調光ミラー機能を有する物品とは、上記調光ミラーガラスを装着したあらゆる種類の物品を包含するものとして定義される。 Furthermore, the light control mirror glass of the present invention can be widely used not only for the window material but also for all kinds of articles. Thereby, for example, a dimming mirror function can be added to a shielding object for the purpose of privacy protection, a decorative object using a change from a mirror state to a transparent state, a toy, and the like. In the present invention, an article having a light control mirror function is defined as including all kinds of goods equipped with the light control mirror glass.
本発明により、（１）本発明の調光ミラー材料は、従来報告されているマグネシウム・ニッケル合金のＭｇ2 Ｎｉよりもはるかに優れた調光ミラー特性を示す、（２）本発明の調光ミラーガラス用コーテイングは、例えば、２重ガラスの内側に施すことで、内部の空間をスイッチング用の水索ガスの導入空間として利用することができるため、非常に有利である、（３）本発明のマグネシウム・ニッケル合金薄膜調光ミラーは、安価なマグネシウムとニッケルそれに、ごく微量のパラジウム等をコーテイングすることで作製することが可能であり、コスト的に非常に有利である、（４）本発明の調光ミラーガラスは、建物だけでなく、自動車を始めとする乗物等の窓ガラスの調光材料として有効である、（５）本発明の調光ミラーガラスは、上記窓材料だけでなく、あらゆる種類の物品にも広く用いることができ、それにより、例えば、プライバシー保護を目的とした遮蔽物や、鏡状態と透明状態に変わることを利用した装飾物及び玩具等に調光ミラー機能を付加することができる、という格別の効果が奏される。 According to the present invention, (1) the light control mirror material of the present invention exhibits light control mirror characteristics far superior to the conventionally reported magnesium-nickel alloy Mg2 Ni, and (2) the light control mirror of the present invention. The coating for glass is very advantageous because, for example, the inner space can be used as an introduction space for the switching water source gas by being applied to the inner side of the double glass. (3) The magnesium / nickel alloy thin film light control mirror can be manufactured by coating inexpensive magnesium, nickel, and a very small amount of palladium, and is very advantageous in terms of cost. (4) The light control mirror glass is effective not only as a building but also as a light control material for window glass of vehicles such as automobiles. (5) The light control mirror glass of the present invention is It can be widely used not only for window materials, but also for all kinds of articles. For example, it can be used as a shield for privacy protection, decorations and toys that use the change from mirror state to transparent state, etc. A special effect is achieved that a dimming mirror function can be added.
次に、本発明を実施例に基づいて具休的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described casually based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
マグネシウム薄膜の成膜を、図１に示した３連のマグネトロンスパッタ装置で行った。３つのスパッタ銃に、ターゲットとしてそれぞれ、金属マグネシウム、金属ニッケル、それに金属パラジウムをセットした。基板としては、厚さ１ｍｍのガラス板を用い、これを洗浄後、真空装置の中にセットして真空排気を行った。成膜にあたっては、まず、マグネシウム・ニッケルをスパッタしてマグネシウム・ニッケル合金薄膜を作製した。スパッタ中のアルゴンガス圧は、０．８Ｐａであり、直流スパッタ法によりマグネシウムに３０Ｗ、ニッケルに１１Ｗのパワーを加えてスパッタを行った。その後、同じ真空条件で、６Ｗのパワーを加えてパラジウム薄膜の蒸着を行った。 The magnesium thin film was formed by the triple magnetron sputtering apparatus shown in FIG. Metal magnesium, metal nickel, and metal palladium were set as targets on the three sputter guns, respectively. As a substrate, a glass plate having a thickness of 1 mm was used, and after cleaning, this was set in a vacuum apparatus and evacuated. In film formation, first, magnesium / nickel alloy thin film was prepared by sputtering magnesium / nickel. The argon gas pressure during sputtering was 0.8 Pa, and sputtering was performed by applying a power of 30 W to magnesium and 11 W to nickel by a direct current sputtering method. Thereafter, under the same vacuum conditions, a 6 W power was applied to deposit a palladium thin film.
得られた膜を、図２のような評価装置にとりつけ、その光学特性を調べた。マグネシウム・ニッケル合金薄膜が内側に向くように小さなチャンバーに試料を取り付け、いったん中を真空に引いた後、１気圧の水素ガスを導入し、そのときの光学透過率の変化を波長６７０ｎｍの半導体レーザーとシリコンフォトダイオードを組み合わせた測定システムで測定した。マグネシウム・ニッケル合金薄膜は、蒸着直後の膜は金属光沢を持ちよく光を反射する。この膜を水素へ暴露することにより水素化が起こり、光学透過率が増大するが、この変化の仕方は、マグネシウム・ニッケル合金の組成に大きく依存することがわかった。そこで、スパッタ法による成膜時において、マグネシウムターゲットとニッケルターゲットに加えるパワーを調節することで、様々な組成のマグネシウム・ニッケル合金薄膜を作製し、その調光特性の評価を行った。 The obtained film was attached to an evaluation apparatus as shown in FIG. 2, and its optical characteristics were examined. A sample is attached to a small chamber so that the magnesium-nickel alloy thin film faces inward, and after evacuating the interior, 1 atmosphere of hydrogen gas is introduced, and the change in optical transmittance at that time is a semiconductor laser having a wavelength of 670 nm. Measurement was performed with a measurement system that combined a silicon photodiode. Magnesium-nickel alloy thin films have a metallic luster and reflect light well. When this film was exposed to hydrogen, hydrogenation occurred and the optical transmittance increased, but it was found that the manner of this change greatly depends on the composition of the magnesium-nickel alloy. Therefore, magnesium-nickel alloy thin films having various compositions were prepared by adjusting the power applied to the magnesium target and the nickel target during film formation by sputtering, and the dimming characteristics were evaluated.
図３は、様々な組成で作製したマグネシウム・ニッケル合金薄膜（ＭｇＮｉｘ）を３０分間１気圧の水素にさらした後の波長６７０ｎｍにおける透過率を組成比ｘに対してプロットしたものである。いずれの膜もマグネシウム・ニッケル合金薄膜層の厚さは４０ｎｍであり、その上に厚さ４ｎｍのパラジウムを薄くコーティングしてある。
その結果、図に見るように、透明時の可視光透過率はＭｇＮｉｘのｘが０．１６付近で最大になるような変化を示し、ｘが０．１から０．３の範囲、特にｘが０．１６から０．２の範囲で特異的かつ選択的に良い特性を示すことがわかった。
FIG. 3 is a plot of the transmittance at a wavelength of 670 nm against the composition ratio x after exposing magnesium-nickel alloy thin films (MgNix) prepared with various compositions to 1 atmosphere of hydrogen for 30 minutes. In any of the films, the thickness of the magnesium / nickel alloy thin film layer is 40 nm, and 4 nm thick palladium is thinly coated thereon.
As a result, as shown in the figure, the visible light transmittance at the time of transparency shows a change such that x of MgNix becomes a maximum near 0.16, and x is in the range of 0.1 to 0.3, particularly x is It was found that specific and selective good characteristics were exhibited in the range of 0.16 to 0.2.
マグネシウムとニッケルの比が５：１になるように作製したマグネシウム・ニッケル合金薄膜ＭｇＮｉ0.2 （マグネシウム・ニッケル層の厚さが４０ｎｍ，パラジウム層の厚さが４ｎｍ）の蒸着直後の金属状態のときの光学透過スペクトル、及びこれを水素雰囲気にさらして透明状態にした場合の光学透過スペクトルを図４に示す。この試料では、最初、金属光沢を持つ鏡状状で透過率が低く反射率が高かったものが、水素化により透明化し、それに併せて透過率が大きく上昇し、反射率が下がっていることがわかる。参考のために、同図中にＭｇＮｉ0.5 （Ｍｇ2 Ｎｉ）の組成で作製した膜の透明時における透過スペクトルを示す。これと比較すると、ＭｇＮｉ0.2の透過率変化は３倍近く大きく、調光特性が大きく向上していることがわかる。 Magnesium / nickel alloy thin film MgNi 0.2 (magnesium / nickel layer thickness is 40 nm, palladium layer thickness is 4 nm) prepared so that the ratio of magnesium to nickel is 5: 1 FIG. 4 shows an optical transmission spectrum and an optical transmission spectrum when the optical transmission spectrum is made transparent by exposing it to a hydrogen atmosphere. In this sample, the mirror-like shape with metallic luster, which had a low transmittance and a high reflectance, became transparent by hydrogenation, and the transmittance increased significantly, and the reflectance decreased. Recognize. For reference, the transmission spectrum of a film produced with a composition of MgNi 0.5 (Mg 2 Ni) is shown in FIG. Compared with this, the transmittance change of MgNi 0.2 is almost three times larger, and it can be seen that the dimming characteristics are greatly improved.
マグネシウムとニッケルの比が５：１になるように作製したマグネシウム・ニッケル合金薄膜ＭｇＮｉ0.2 （マグネシウム・ニッケル層の厚さが４０ｎｍ，パラジウム層の厚さが４ｎｍ）を１気圧の水素にさらしたときと、１気圧の大気にさらしたときの光学透過率の時間変化を図５に示す。水素にさらすとマグネシウムの水素化により透明状態に変化するが、その速度は速く２０秒程度である。これに対して、大気にさらすと、脱水素化により鏡状態に戻るが、２０℃においてこの変化は水素化に遅く、５００秒程度かかる。
ただし、図に示したように、温度を４０℃にすると水素化の速度は変化しないが、脱水素化の速度は速くなる。これにより、本材料では透明状態から鏡状態への遷移は温度によりコントロールできることがわかった。
When magnesium-nickel alloy thin film MgNi 0.2 (magnesium / nickel layer thickness is 40 nm, palladium layer thickness is 4 nm) prepared so that the ratio of magnesium to nickel is 5: 1 is exposed to 1 atmosphere of hydrogen. FIG. 5 shows changes in optical transmittance with time when exposed to the atmosphere of 1 atmosphere. When exposed to hydrogen, it changes to a transparent state due to the hydrogenation of magnesium, but the speed is as fast as about 20 seconds. On the other hand, when it is exposed to the atmosphere, it returns to the mirror state by dehydrogenation, but at 20 ° C., this change is slow to hydrogenation and takes about 500 seconds.
However, as shown in the figure, when the temperature is 40 ° C., the hydrogenation rate does not change, but the dehydrogenation rate increases. As a result, it was found that the transition from the transparent state to the mirror state can be controlled by the temperature in this material.
また、このときの変化の様子を示した写真を図６に示す。図６（ａ）に見るように、この試料は、金属状態では、光を良く反射する鏡状態であるが、これを水索雰囲気にさらすと、同（ｂ）に見るように、向こう側が透けて見える状態に変化している。また、従来のマグネシウム・ニッケル合金のＭｇ2 Ｎｉ薄膜では、水素化状態でも濃い茶色に着色しているが、本発明の材料では薄い黄色である。図４の透明時の透過スペクトルから可視光透過率を計算すると、約５０％となり、従来報告されているＭｇ2 Ｎｉの２０％と比べて大きく向上している。 Moreover, the photograph which showed the mode of the change at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 6 (a), this sample is in a mirror state that reflects light well in the metal state, but when exposed to a hydrological atmosphere, the other side is transparent as seen in (b). It has changed to a visible state. Further, the conventional magnesium-nickel alloy Mg 2 Ni thin film is colored dark brown even in a hydrogenated state, but is light yellow in the material of the present invention. When the visible light transmittance is calculated from the transparent transmission spectrum of FIG. 4, it is about 50%, which is a significant improvement compared to 20% of Mg 2 Ni reported conventionally.
２重ガラスの内側に、パラジウムを薄くコーテイングしたマグネシウム・ニッケル合金薄膜がくるようにしてシールした。窓ガラスの二箇所に穴を開け、一方には蓋付の排気孔、もう一方には、この間隙の空間に水を電気分解して水素を発生し送り込んだり、空気もしくは水の電気分解で得られる酸素を送り込んだりすることができるユニット（雰囲気制御器）を取り付け、調光ミラーガラス窓を構築した。これを図７（ａ）に示す。この雰囲気制御器から水素を送り込むことで、任意にコントロールして透明状態にすることができた。 Inside the double glass, a thin film of magnesium / nickel alloy coated with palladium was sealed. Holes are made in two places on the window glass, one side is an exhaust hole with a lid, and the other side is obtained by electrolyzing water into the space of this gap to generate and send hydrogen, or by electrolysis of air or water. A unit (atmosphere controller) that can send in oxygen to be sent was installed, and a light control mirror glass window was constructed. This is shown in FIG. By sending hydrogen from this atmosphere controller, it was possible to control arbitrarily and make it transparent.
水素を封入した状態にしておくと、透明な状態を保った。空気もしくは酸素を送り込むと、ゆっくりと金属状態に変化していった。自動的に金属状態に変化して、光を反射して透過しなくなった。また、加熱した空気もしくは酸素を送り込むと急激に金属状態に変化した。また、図７（ｂ）に示したように、調光ミラーガラスを２重ガラスの双方にコーテイング面が内側にくるように配置することで、鏡状態における透過率を下げ調光幅を広げた窓を構築した。更に、図７（ｃ）に示したように、３重ガラスの内部に配置して、より断熱性能に優れた窓を構築した。これらは、上記調光ミラーガラス窓と同様の調光特性を有していた。 When hydrogen was sealed, the transparent state was maintained. When air or oxygen was sent in, it slowly changed to a metallic state. It automatically changed to a metallic state and no longer reflects and transmits light. Moreover, when heated air or oxygen was sent in, it rapidly changed to a metallic state. Further, as shown in FIG. 7B, the dimming mirror glass is disposed on both sides of the double glass so that the coating surface is on the inner side, thereby reducing the transmittance in the mirror state and widening the dimming width. Built windows. Furthermore, as shown in FIG.7 (c), it arrange | positioned inside triple glass and constructed the window which was excellent in the heat insulation performance. These had dimming characteristics similar to those of the dimming mirror glass window.
２重ガラス、もしくは３重ガラスの内側に、パラジウムを薄くコーテイングしたマグネシウム薄膜がくるようにしてシールしたガラスの内部にアルゴンガスを封入し、そこに実施例５と同様の雰囲気制御器を接続した。雰囲気制御器を用いて希薄な水素をアルゴン中に入れると、鏡の状態から透明な状態に変化した。次に雰囲気制御器からアルゴン中に酸素を入れると鏡の状態に戻った。 Inside the double glass or triple glass, argon gas was sealed inside the glass sealed so that a magnesium thin film coated with palladium thinly came, and an atmosphere controller similar to that of Example 5 was connected thereto. . When dilute hydrogen was put into argon using the atmosphere controller, it changed from a mirror state to a transparent state. Next, when oxygen was put into argon from the atmosphere controller, it returned to the mirror state.
以上詳述したように、本発明は、調光ミラー特性に優れたマグネシウム・ニッケル合金薄膜材料と、これを用いた調光ミラーガラスの製造方法に係るものであり、本発明の調光ミラー材料は、従来報告されているマグネシウム・ニッケル合金のＭｇ2 Ｎｉよりもはるかに優れた調光ミラー特性を示す。本発明の調光ミラーガラス用コーテイングは、例えば、２重ガラスの内側に施すことで、内部の空間をスイッチング用の水索ガスの導入空間として利用することができるため、非常に有利である。本発明のマグネシウム・ニッケル合金薄膜調光ミラーは、安価なマグネシウムとニッケルそれに、ごく微量のパラジウム等をコーテイングすることで作製することが可能であり、コスト的に非常に有利である。本発明の調光ミラーガラスは、建物だけでなく、自動車を始めとする乗物等の窓ガラスの調光材料として有効である。本発明の調光ミラーガラスは、上記窓材料だけでなく、あらゆる種類の物品にも広く用いることができ、それにより、例えば、プライバシー保護を目的とした遮蔽物や、鏡状態と透明状態に変わることを利用した装飾物及び玩具等に調光ミラー機能を付加することができる。 As described above in detail, the present invention relates to a magnesium / nickel alloy thin film material excellent in light control mirror characteristics, and a method of manufacturing a light control mirror glass using the same, and the light control mirror material of the present invention Shows a light control mirror characteristic far superior to Mg 2 Ni of a magnesium-nickel alloy reported conventionally. The coating for light control mirror glass of the present invention is very advantageous because, for example, the inner space can be used as an introduction space for a switching watering gas by being applied to the inside of a double glass. The magnesium / nickel alloy thin film light control mirror of the present invention can be manufactured by coating inexpensive magnesium, nickel, and a very small amount of palladium, which is very advantageous in terms of cost. The light control mirror glass of the present invention is effective not only as a building but also as a light control material for window glass of vehicles such as automobiles. The light control mirror glass of the present invention can be widely used not only for the window material described above but also for all kinds of articles, thereby changing, for example, a shielding object for the purpose of privacy protection and a mirror state and a transparent state. It is possible to add a dimming mirror function to decorations and toys that utilize the above.
Claims (11)
（１）基板表面に、組成がＭｇＮｉｘ（０．１＜ｘ＜０．３）のマグネシウム・ニッケル合金薄膜の調光層を形成し、（２）上記薄膜に触媒材料をコートして触媒層を形成する、あるいは、（３）上記（１）〜（２）の工程と、上記触媒層に保護層の材料をコートして保護層を形成する工程により、室温（２０℃付近）で水素化によって透明状態になるクロミック特性を有し、室温から１００℃までの温度領域で脱水素化によって鏡状態になるクロミック特性を有する、調光ミラー材料を作製することを特徴とする調光ミラー材料の製造方法。 A method of manufacturing a light control mirror material by forming a light control layer of a magnesium-nickel alloy thin film on a transparent substrate ,
(1) on the substrate surface, the composition forms a MgNix (0.1 <x <0.3) dimmer layer of magnesium-nickel alloy thin film of the catalyst layer was coated with the catalyst material (2) the thin film formation to, or hydrogenated (3) above (1) to the step (2), more to the step of forming a protective layer by coating the material of the protective layer on the catalyst layer, at room temperature (around 20 ° C.) It has chromic characteristics comprising a transparent state by having a chromic properties comprising a mirror state by the dehydrogenation in the temperature range, tone and wherein the Turkey to prepare a switchable mirror material mirror to 100 ° C. from room temperature Material manufacturing method.
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