JP4446067B2 - 光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持つ透明基材及びその製造方法 - Google Patents
光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持つ透明基材及びその製造方法 Download PDFInfo
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(1)光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持つ透明基材であって、1)透明基材表面上に、最内層たる第1の誘電体薄膜、中間層たる赤外反射特性を有する金属薄膜、及び最外層たる第2の誘電体薄膜が被覆されており、2)前記第1の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、前記第2の誘電体薄膜のエネルギーギャップよりも小さく、3)可視領域で透過率が高く赤外領域で反射率が高い特長を有するヒートミラー性能と、光照射下において無機化合物・有機化合物を分解させる光触媒性能とを併せ持ち、且つ4)前記薄膜が被覆されている基材面の反対側から光照射した場合にも光触媒性能を発現する機能を有する、ことを特徴とする透明基材。
(2)前記最内層たる第1の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.2eV(電子ボルト)以上であり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.0eVから3.2eVの間であることを特徴とする、前記(1)記載の透明基材。
(3)前記最内層たる第1の誘電体薄膜の構成物質が、二酸化ハフニウム、二酸化ジルコニウム、タンタル酸カリウム、二酸化錫のいずれかであり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜の構成物質が、二酸化チタンであることを特徴とする、前記(1)又は(2)記載の透明基材。
(4)前記金属薄膜の構成物質が、金、白金、パラジウム、銀、銅、アルミニウム、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、及びチタンとハフニウムとタンタルとジルコニウムのうちの2種以上の元素を含む窒素化合物のいずれかであることを特徴とする、前記(1)乃至(3)記載の透明基材。
(5)光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持つ透明基材を製造する方法であって、ガラスなどの透明基材表面上に、最内層たる第1の誘電体薄膜を堆積する工程と、該第1の誘電体薄膜表面上に、中間層たる赤外反射特性を有する金属薄膜を積層する工程と、該金属薄膜表面上に、可視光照射下においても光触媒性能を有し、且つ該第1の誘電体薄膜よりもエネルギーギャップの小さい最外層たる第2の誘電体薄膜を積層する工程とを有することを特徴とする上記透明基材の製造方法。
(6)前記最内層たる第1の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.0eVから3.2eVの間であり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.0eV以下であることを特徴とする、前記(5)記載の透明基材の製造方法。
(7)前記最内層たる第1の誘電体薄膜の構成物質が、二酸化チタンであり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜の構成物質が、窒素、炭素、硫黄、フッ素のうちの一種以上の元素がドープされた二酸化チタンであることを特徴とする、前記(5)又は(6)記載の透明基材の製造方法。
(8)前記金属薄膜の構成物質が、金、白金、パラジウム、銀、銅、アルミニウム、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、及びチタンとハフニウムとタンタルとジルコニウムのうちの2種以上の元素を含む窒素化合物のいずれかであることを特徴とする、前記(5)記載の透明基材の製造方法。
(9)前記(5)から(8)に記載のいずれかの方法により作製された透明基材を構成要素として含む、光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持ち、且つ前記薄膜が被覆されている基材面の反対側から光照射した場合にも光触媒性能を発現する機能を有することを特徴とする構造部材。
本発明の第1の態様は、ガラスなどから成る透明基材表面上に、最内層たる屈折率が2.0以上の第1の金属酸化物薄膜を形成し、該第1の金属酸化物薄膜表面上に、中間層たる赤外反射特性を有する金属窒化物薄膜を形成し、該金属窒化物薄膜表面上に、光触媒性能を有する最外層たる第2の金属酸化物薄膜を形成し、且つ該最内層たる第1の金属酸化物薄膜のエネルギーギャップを、該最外層たる第2の金属酸化物薄膜のエネルギーギャップよりも大きくせしめることを特徴とするものである。本発明は、上記構成において、該第1の金属酸化物薄膜のエネルギーギャップを、該第2の金属酸化物薄膜のエネルギーギャップよりも大きくせしめることにより、太陽光などの光源を用いて、積層膜が被覆されていない透明基材面、即ち、裏面に光照射した場合にも、該第2の金属酸化物薄膜表面において光触媒性能を発現できるという作用をもたらす。
一方、ローレンツ振動子モデルでは、窒化ジルコニウムの複素屈折率nZrN +ikZrN は以下で与えられる。
本発明の第2の態様は、ガラスなどから成る透明基材表面上に、最内層たる屈折率が2.0以上の第1の金属酸化物薄膜を形成し、該第1の金属酸化物薄膜表面上に、中間層たる赤外反射特性を有する金属窒化物薄膜を形成し、該金属窒化物薄膜表面上に、可視光に応答する光触媒性能を有し、且つ該第1の金属酸化物薄膜よりもエネルギーギャップの小さい最外層たる第2の金属酸化物薄膜を形成することを特徴とするものである。本発明は、上記構成において、該第2の金属酸化物薄膜のエネルギーギャップを、該第1の金属酸化物薄膜のエネルギーギャップよりも小さくせしめ、且つ該第2の金属酸化物薄膜に可視光で応答する光触媒性能を発現せしめることにより、太陽光などの光源を用いて、積層膜が被覆されていない透明基材面、即ち、裏面に光照射した場合にも、該第2の金属酸化物薄膜表面において光触媒性能を発現でき、且つ太陽光の可視成分も光触媒機能に寄与せしめられるという第1の作用をもたらすとともに、積層膜が被覆されている透明基材表面もしくは裏面に、蛍光ランプなどの可視光源を用いて光照射した場合にも、該第2の金属酸化物薄膜表面において光触媒性能を発現できるという第2の作用をもたらす。
また、該二酸化チタン膜22は、例えば、成膜時の基板温度は350℃であるが、この場合、無加熱で非晶質二酸化チタン膜を成膜した後、350℃で熱処理を施して多結晶の二酸化チタン膜を形成させても良い。しかし、成膜条件は、これらに制限されるものではない。
12 二酸化ジルコニウム膜
13 窒化ジルコニウム膜
14 二酸化チタン膜
21 石英ガラスなどから成る基板
22 二酸化チタン膜
23 窒化チタン膜
24 窒素ドープされた二酸化チタン膜
81 100WのXeランプ
82 内容積が180cm3 のステンレス製の筒状容器
83 ガス導入用配管
84 排気用配管
85 ガスクロマトグラフ測定装置
86 作製された試料
Claims (9)
- 光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持つ透明基材であって、(1)透明基材表面上に、最内層たる第1の誘電体薄膜、中間層たる赤外反射特性を有する金属薄膜、及び最外層たる第2の誘電体薄膜が被覆されており、(2)前記第1の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、前記第2の誘電体薄膜のエネルギーギャップよりも小さく、(3)可視領域で透過率が高く赤外領域で反射率が高い特長を有するヒートミラー性能と、光照射下において無機化合物・有機化合物を分解させる光触媒性能とを併せ持ち、且つ(4)前記薄膜が被覆されている基材面の反対側から光照射した場合にも光触媒性能を発現する機能を有する、ことを特徴とする透明基材。
- 前記最内層たる第1の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.2eV(電子ボルト)以上であり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.0eVから3.2eVの間であることを特徴とする、請求項1記載の透明基材。
- 前記最内層たる第1の誘電体薄膜の構成物質が、二酸化ハフニウム、二酸化ジルコニウム、タンタル酸カリウム、二酸化錫のいずれかであり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜の構成物質が、二酸化チタンであることを特徴とする、請求項1又は2記載の透明基材。
- 前記金属薄膜の構成物質が、金、白金、パラジウム、銀、銅、アルミニウム、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、及びチタンとハフニウムとタンタルとジルコニウムのうちの2種以上の元素を含む窒素化合物のいずれかであることを特徴とする、請求項1乃至3記載の透明基材。
- 光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持つ透明基材を製造する方法であって、ガラスなどの透明基材表面上に、最内層たる第1の誘電体薄膜を堆積する工程と、該第1の誘電体薄膜表面上に、中間層たる赤外反射特性を有する金属薄膜を積層する工程と、該金属薄膜表面上に、可視光照射下においても光触媒性能を有し、且つ該第1の誘電体薄膜よりもエネルギーギャップの小さい最外層たる第2の誘電体薄膜を積層する工程とを有することを特徴とする上記透明基材の製造方法。
- 前記最内層たる第1の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.0eVから3.2eVの間であり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜のエネルギーギャップが、3.0eV以下であることを特徴とする、請求項5記載の透明基材の製造方法。
- 前記最内層たる第1の誘電体薄膜の構成物質が、二酸化チタンであり、且つ前記最外層たる第2の誘電体薄膜の構成物質が、窒素、炭素、硫黄、フッ素のうちの一種以上の元素がドープされた二酸化チタンであることを特徴とする、請求項5又は6記載の透明基材の製造方法。
- 前記金属薄膜の構成物質が、金、白金、パラジウム、銀、銅、アルミニウム、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、及びチタンとハフニウムとタンタルとジルコニウムのうちの2種以上の元素を含む窒素化合物のいずれかであることを特徴とする、請求項5記載の透明基材の製造方法。
- 請求項5から8に記載のいずれかの方法により作製された透明基材を構成要素として含む、光触媒性能とヒートミラー性能を併せ持ち、且つ前記薄膜が被覆されている基材面の反対側から光照射した場合にも光触媒性能を発現する機能を有することを特徴とする構造部材。
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