JP6598576B2 - 積層体及び積層体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、紫外線パルスレーザー照射により基材上の光機能無機材料(酸化タングステン)を高機能化する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
<1> 酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層と、前記第1の層上に配置され、酸化チタンを含む第2の層と、を含み、前記第2の層が光の入射側に位置している積層体。
<2> 前記第1の層は、孔径が50nm〜500nmである<1>に記載の積層体。
<3> 前記第1の層は、4価又は5価の遷移金属がドープされてなる<1>又は<2>に記載の積層体。
<4> 前記第1の層は、酸化タングステンに対して5.0モル%以下の前記4価又は5価の遷移金属がドープされてなる<3>に記載の積層体。
<5> 前記第1の層を構成する粒子の粒径は、10nm〜60nmである<1>〜<4>のいずれか1つに記載の積層体。
<6> 前記第2の層上に配置され、酸化タングステンを含み、多孔質である第3の層をさらに含み、前記第3の層の厚さが20nm以下である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の積層体。
<7> タングステン成分を含むゾル溶液を基材に塗布する第1塗布工程と、前記基材に塗布された前記タングステン成分を含むゾル溶液を乾燥して第1ゲル層とする第1乾燥工程と、チタン成分を含むゾル溶液を前記第1ゲル層上に塗布する第2塗布工程と、前記第1ゲル層上に塗布された前記チタン成分を含むゾル溶液を乾燥して第2ゲル層とする第2乾燥工程と、前記第1ゲル層及び前記第2ゲル層を熱処理し、酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層及び酸化チタンを含み、光の入射側に位置する第2の層を形成する熱処理工程と、を含む積層体の製造方法。
<8> 前記タングステン成分を含むゾル溶液は、さらに4価又は5価の遷移金属成分を含み、かつ、前記第1の層は、4価又は5価の遷移金属がドープされてなる<7>に記載の積層体の製造方法。
<9> 前記第1の層は、酸化タングステンに対して5.0モル%以下の前記4価又は5価の遷移金属がドープされてなる<8>に記載の積層体の製造方法。
<10> 前記熱処理工程は、前記第1ゲル層及び前記第2ゲル層を300℃〜550℃の範囲で加熱する工程である<7>〜<9>のいずれか1つに記載の積層体の製造方法。
本実施形態に係る積層体は、酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層と、前記第1の層上に配置され、酸化チタンを含む第2の層と、を含み、前記第2の層が光の入射側に位置している。
本実施形態に係る積層体は、酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層を含む。第1の層は、所定波長の光を照射することにより、着色するフォトクロミック機能を有する層である。
本実施形態に係る積層体は、第1の層上に配置され、酸化チタンを含む第2の層を含む。酸化チタンを含む第2の層は、光触媒機能を有し、所定波長の光を第2の層に照射することにより、有害物質を分解する分解機能が発揮されるとともに、超親水化機能が発揮される。そのため、積層体の表面に汚れが付着しにくく、汚れが付着した場合であっても水により簡単に除去される自己浄化(セルフクリーニング)機能が発揮される。
本実施形態に係る積層体は、第2の層上に、酸化タングステンを含み、多孔質である第3の層をさらに含み、第3の層の厚さが20nm以下であってもよい。酸化チタンを含む層上に、酸化タングステンを含む層上を設けた場合、酸化タングステンの厚みによっては、照射された光がほとんど酸化タングステン層に吸収されてしまい、酸化チタン層に吸収されないため、フォトクロミック性能があまり向上しない。しかし、本実施形態のように、酸化チタンを含む第2の層上に厚さが20nm以下である酸化タングステンを含む第3の層を設けることにより、第3の層を透過した光が第2の層に照射されるようになり、積層体のフォトクロミック性能をより向上させることができる。
本実施形態に係る積層体の製造方法は、タングステン成分を含むゾル溶液を基材に塗布する第1塗布工程と、前記基材に塗布された前記タングステン成分を含むゾル溶液を乾燥して第1ゲル層とする第1乾燥工程と、チタン成分を含むゾル溶液を前記第1ゲル層上に塗布する第2塗布工程と、前記第1ゲル層上に塗布された前記チタン成分を含むゾル溶液を乾燥して第2ゲル層とする第2乾燥工程と、前記第1ゲル層及び前記第2ゲル層を熱処理し、酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層及び酸化チタンを含み、光の入射側に位置する第2の層を形成する熱処理工程と、を含む。これにより、優れたセルフクリーニング機能及びフォトクロミック機能を有する積層体を製造できる。なお、本実施形態に係る積層体は、この製造方法にて製造されたものに限定されない。
まず、以下の手順にて酸化タングステン層1〜3を作製した。
まず、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に六塩化タングステン(WCl6:純度99.99%)を添加し、溶液を5分間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液(Wゾル溶液)を調製した。
まず、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に六塩化タングステン(WCl6:純度99.99%)を添加し、溶液を5分間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液を調製した。また、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に四塩化チタン(TiCl4:純度99.0%)を添加し、溶液を5分間撹拌してチタン成分を含むゾル溶液を調製した。タングステン成分を含むゾル溶液及びチタン成分を含むゾル溶液を混合し、混合ゾル溶液を調製した(タングステン成分に対して、Ti2.0モル%)。
まず、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に六塩化タングステン(WCl6:純度99.99%)を添加し、溶液を5分間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液を調製した。また、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に四塩化ジルコニウム(ZrCl4:純度95%以上)を添加し、溶液を5分間撹拌してジルコニウム成分を含むゾル溶液を調製した。タングステン成分を含むゾル溶液及びジルコニウム成分を含むゾル溶液を混合し、混合ゾル溶液を調製した(タングステン成分に対して、Zr2.0モル%)。
次に、基板上に作製した上記酸化タングステン層1〜3のX線回折(XRD:X−ray diffraction)測定を行なった。酸化タングステン層1〜3のXRDパターンを図2に示す。図中、PureWO3、Ti:2.0mol%doped及びZr:2.0mol%dopedは、それぞれ酸化タングステン層1〜3に対応する(他の図でも同様)。また、図2中、縦軸は任意単位の回折強度(intensity/a.u.)であり、横軸は回折角2θ[°]である。
次に、基板上に作製した上記酸化タングステン層1〜3の表面をSEM(Scanning Electron Microscope)により観察した。酸化タングステン層1〜3表面のSEM画像を図3に示す。
次に、酸化タングステンを含むゲル層を焼成して酸化タングステン層を作製する際の焼成温度が、作製された酸化タングステン層の構造に与える影響について、X線回折測定及びSEM観察により検討した。
次に、酸化タングステン層におけるTi、Zrのドープ量が、酸化タングステン層の構造に与える影響について、X線回折測定及びSEM観察により検討した。
次に、酸化タングステン層に金属をドープすることによるフォトクロミック性能への影響を検討した。
酸化タングステン層1・・・3.0%(UV365nm)、6.6%(254nm)
酸化タングステン層2・・・1.8%(UV365nm)、5.9%(254nm)
酸化タングステン層3・・・6.0%(UV365nm)、12.5%(254nm)
次に、以下の手順にて積層体1〜5を作製した。
(積層体1の作製)
まず、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に六塩化タングステン(WCl6:純度99.99%)を添加し、溶液を5分間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液を調製した。
(積層体2の作製)
まず、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に六塩化タングステン(WCl6:純度99.99%)を添加し、溶液を5分間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液を調製した。また、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に四塩化チタン(TiCl4:純度99.0%)を添加し、溶液を5分間撹拌してチタン成分を含むゾル溶液を調製した。タングステン成分を含むゾル溶液及びチタン成分を含むゾル溶液を混合し、混合ゾル溶液を調製した(タングステン成分に対して、Ti2.0モル%)。
(積層体3の作製)
まず、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に六塩化タングステン(WCl6:純度99.99%)を添加し、溶液を5分間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液を調製した。また、アルゴン雰囲気下にて、エタノール溶液(純度99.5%)に四塩化ジルコニウム(ZrCl4:純度95%以上)を添加し、溶液を5分間撹拌してジルコニウム成分を含むゾル溶液を調製した。タングステン成分を含むゾル溶液及びジルコニウム成分を含むゾル溶液を混合し、混合ゾル溶液を調製した(タングステン成分に対して、Zr2.0モル%)。
(積層体4の作製)
まず、積層体1の作製と同じ条件にて、Wゾル溶液のスピンコート及び乾燥を1回行ない、ガラス基板上に酸化タングステンを含むゲル層である第1ゲル層を形成した。次に、積層体1の作製と同じ条件にて、Tiゾル溶液のスピンコート及び乾燥をそれぞれ6回行なうことにより、第1ゲル層上に酸化チタンを含むゲル層である第2ゲル層を形成した。さらに、積層体1の作製と同じ条件にて、Wゾル溶液のスピンコート及び乾燥を1回行ない、第2ゲル層上に酸化タングステンを含むゲル層である第1ゲル層を形成した。
(積層体5の作製)
まず、積層体1の作製と同じ条件にて、Tiゾル溶液のスピンコート及び乾燥をそれぞれ6回行なうことにより、ガラス基板上に酸化チタンを含むゲル層である第2ゲル層を形成した。さらに、積層体1の作製と同じ条件にて、Wゾル溶液のスピンコート及び乾燥を2回行ない、第2ゲル層上に酸化タングステンを含むゲル層である第1ゲル層を形成した。
次に、実施例1〜4及び比較例1のように、第1の層及び第2の層を積層したことによるフォトクロミック性能への影響について検討した。
積層体1・・・11.5%(UV365nm)、29.7%(254nm)
積層体2・・・9.2%(UV365nm)、40.1%(254nm)
積層体3・・・15.3%(UV365nm)、46.2%(254nm)
次に、酸化タングステン層における金属のドープ量が、積層体のフォトクロミック性能に与える影響について検討した。
次に、第1ゲル層及び第2ゲル層の焼成温度が、積層体のフォトクロミック性能に与える影響について検討した。
次に、酸化タングステン層である第1の層及び酸化チタン層である第2の層を有する積層体の脱着色速度について評価した。
積層体1〜3及び酸化チタン膜(厚さ70nm)について、接触角測定(水接触角測定)による親水性評価、及びオレイン酸分解によるセルフクリーニング性能試験を行なうことにより、光触媒性能を評価した。
まず、積層体1〜3及び酸化チタン膜の親水性評価を行なった。積層体1〜3及び酸化チタン膜の表面を純水で洗浄した後、100℃で15分間乾燥させた。乾燥後、紫外線(波長365nm)を積層体1〜3及び酸化チタン膜の表面に照射し、10分毎の接触角を測定した。接触角の測定は、基板ガラス表面のぬれ性試験方法(JIS R 3257 1999)に準拠して行なった。結果を図15に示す。
次に、積層体1〜3及び酸化チタン膜のセルフクリーニング性能試験を行なった。セルフクリーニング性能試験は、ファインセラミックス−光触媒材料のセルフクリーニング性能試験方法−第1部:水接触角の測定(JIS R 1703−1 2007)に準拠して行なった。具体的には以下の通りである。
Claims (10)
- 酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層と、
前記第1の層上に配置され、酸化チタンを含む第2の層と、を含み、
前記第2の層が光の入射側に位置しており、前記第1の層の結晶化度は、90%以上である積層体。 - 前記第1の層は、孔径が50nm〜500nmである請求項1に記載の積層体。
- 前記第1の層は、4価又は5価の遷移金属がドープされてなる請求項1又は請求項2に記載の積層体。
- 前記第1の層は、酸化タングステンに対して5.0モル%以下の前記4価又は5価の遷移金属がドープされてなる請求項3に記載の積層体。
- 前記第1の層を構成する粒子の粒径は、10nm〜60nmである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記第2の層上に、酸化タングステンを含み、多孔質である第3の層をさらに含み、
前記第3の層の厚さが20nm以下である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の積層体。 - タングステン成分を含むゾル溶液を基材に塗布する第1塗布工程と、
前記基材に塗布された前記タングステン成分を含むゾル溶液を乾燥して第1ゲル層とする第1乾燥工程と、
チタン成分を含むゾル溶液を前記第1ゲル層上に塗布する第2塗布工程と、
前記第1ゲル層上に塗布された前記チタン成分を含むゾル溶液を乾燥して第2ゲル層とする第2乾燥工程と、
前記第1ゲル層及び前記第2ゲル層を熱処理し、酸化タングステンを含み、多孔質である第1の層及び酸化チタンを含み、光の入射側に位置する第2の層を形成する熱処理工程と、を含み、前記第1の層の結晶化度は、90%以上である積層体の製造方法。 - 前記タングステン成分を含むゾル溶液は、さらに4価又は5価の遷移金属成分を含み、かつ、前記第1の層は、4価又は5価の遷移金属がドープされてなる請求項7に記載の積層体の製造方法。
- 前記第1の層は、酸化タングステンに対して5.0モル%以下の前記4価又は5価の遷移金属がドープされてなる請求項8に記載の積層体の製造方法。
- 前記熱処理工程は、前記第1ゲル層及び前記第2ゲル層を300℃〜550℃の範囲で加熱する工程である請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
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