JP6611290B2 - ガスクロミック調光素子及びその製造方法、ガスクロミック調光部材並びに複層ガラス - Google Patents
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Description
で表される構成単位、一般式
で表される構成単位、又は、一般式
で表される構成単位を有する。
本発明の他の一態様は、雰囲気ガスとの酸化還元反応により、可逆的に光透過率が変化するガスクロミック調光素子であって、エレクトロクロミック有機ポリマーと、該エレクトロクロミック有機ポリマーの酸化還元反応の触媒として機能するナノ粒子を含有し、還元ピーク電位が−0.6V vs Ag/AgNO 3 以上に存在し、酸化ピーク電位が+0.3V vs Ag/AgNO 3 以下に存在し、前記エレクトロクロミック有機ポリマーは、アニリン由来の構成単位、3,4−エチレンジオキシチオフェン由来の構成単位、又は、3,4−プロピレンジオキシチオフェン由来の構成単位を有する。
図1に、本実施形態のガスクロミック調光素子の一例を示す。
ここで、Eは、酸化還元電位であり、水素を含む雰囲気は、−0.6V vs Ag/AgNO3の還元能を有する。
ここで、空気中の酸素は、+0.3V vs Ag/AgNO3の酸化能を有する。
図2に、ガスクロミック調光素子1の製造方法の一例を示す。
エレクトロクロミック有機ポリマーは、一般式
で表される構成単位、一般式
で表される構成単位、一般式
で表される構成単位、一般式
で表される構成単位、及び、一般式
で表される構成単位からなる群より選択される一種以上を有することが好ましい。
ナノ粒子を構成する材料としては、エレクトロクロミック有機ポリマーの酸化還元反応の触媒として機能すれば、特に限定されないが、パラジウム、パラジウム合金、白金、白金合金等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
図3に、本実施形態のガスクロミック調光部材の一例として、ガスクロミック調光ガラス10を示す。
図4に、本実施形態の複層ガラスの一例を示す。
<PANI/PSSの合成>
純度が97.0%のアニリン(C6H5NH2)1.0mlと、ポリ(4−スチレンスルホン酸)(PSS)2.0gと、1.0M塩酸(HCl)30mlを撹拌しながら3時間混合し、混合液を得た。
塩化白金(IV)(H2PtCl6)50mgと、水10mlと、ポリビニルピロリドン(PVP)20mgと、1.5M水酸化ナトリウム(NaOH)エチレングリコール溶液40mlを撹拌しながら混合した後、150℃で2時間反応させ、ナノ白金粒子の分散液を得た。このとき、反応前の液は、薄い黄色を呈しているが、ナノ白金粒子が生成すると、液は、濃い茶色に変化した。粒径分布分析装置Photal ELSZ−1000(大塚電子社製)を用いて、ナノ白金粒子の平均粒径を測定したところ、1.5nmであった。
2CH3CHO+Pt4++5OH−+H2O→CH3COO−+6H2O+Pt・・・(2)
<ガスクロミック調光素子の作製>
PANI/PSS1.0gと、水50mlと、ナノ白金粒子の分散液3mlを3時間撹拌しながら混合した。次に、15000rpmで遠心分離した後、3回水洗し、PANI/PSSの表面にナノ白金粒子が付着しているガスクロミック調光素子(PANI/PSS−Pt)を回収した。原料から計算すると、PANI/PSSに対するナノ白金粒子の質量比が0.5%である。
PANI/PSS−Ptの水分散液200μlを3cm×3cmのITO膜付きガラス基板のITO膜上にドロップコートし、膜厚が5μmのガスクロミック調光素子(PANI/PSS−Pt)膜を形成した。PANI/PSS−Pt膜を作用電極とし、銀−硝酸銀電極を参照電極とし、白金線を対極とした三極式セルで、0.1Mの過塩素酸テトラブチルアンモニウム(TBA+ClO4 −)と10mMの塩酸とを電解質とし、炭酸プロピレン溶液中で、CVを実施した。PANI/PSS−Pt膜は、炭酸プロピレンに不溶である。
ガスクロミック調光ガラス及びガラス基材を有する複層ガラスの酸化状態及び還元状態の光透過率を、図7に示す光学装置を用いて測定した。
<ガスクロミック調光素子の作製>
PANI/PSSに対するナノ白金粒子の質量比を、それぞれ0.1%、1.0%、2.0%、10%、25%に変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスクロミック調光素子を作製した。
PANI/PSSに対するナノ白金粒子の質量比を、それぞれ0.1%、1.0%、2.0%、10%、25%に変更した以外は、実施例1と同様にして、ガスクロミック調光ガラスを作製した。
ガス充填室Sに水素雰囲気を2分間給気した後、オゾンを5分間給気した。これを1サイクルとする水素雰囲気及びオゾンの給気制御を10回繰り返し、その間1秒毎に、波長が700nmの光の透過率を測定した。その結果、実施例2〜6の複層ガラスは、波長が700nmの光の透過率の変化量の平均値が、それぞれ62.5%、62.2%、61.5%、40.3%であり、高性能なガスクロミック特性を有することがわかる。
<PEDOT/PSSの合成>
純度97.0%の3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT;C6H6O2S)2.0mlと、PSS1.0gと、水30mlを撹拌しながら3時間混合し、混合液を得た。
PEDOT/PSS1.0gと、水50mlと、ナノ白金粒子の分散液3mlを3時間撹拌しながら混合した。次に、15000rpmで遠心分離した後、3回水洗し、PEDOT/PSSの表面にナノ白金粒子が付着しているガスクロミック調光素子(PEDOT/PSS−Pt)を回収した。原料から計算すると、PEDOT/PSSに対するナノ白金粒子の質量比が0.5%である。
PEDOT/PSS−Ptの水分散液150μlを3cm×3cmのITO膜付きガラスのITO膜上にドロップコートし、膜厚が5μmのガスクロミック調光素子(PEDOT/PSS−Pt)膜を形成した。PEDOT/PSS−Pt膜を作用電極とした以外は、実施例1と同様にして、CVを実施した。PEDOT/PSS−Pt膜は、炭酸プロピレンに不溶である。
得られたガスクロミック調光ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にして、複層ガラスの酸化状態及び還元状態の光透過率を測定した。
<調光素子の作製>
PANI/PSSに対するナノ白金粒子の質量比を0%に変更した以外は、実施例1と同様にして、調光素子を作製した。
PANI/PSSに対するナノ白金粒子の質量比を0%に変更した以外は、実施例1と同様にして、調光ガラスを作製した。
ガスクロミック調光ガラスの代わりに、調光ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にして、複層ガラスの酸化状態及び還元状態の光透過率を測定した。
<調光素子の作製>
PEDOT/PSSに対するナノ白金粒子の質量比を0%に変更した以外は、実施例7と同様にして、調光素子を作製した。
PEDOT/PSSに対するナノ白金粒子の質量比を0%に変更した以外は、実施例7と同様にして、調光ガラスを作製した。
ガスクロミック調光ガラスの代わりに、調光ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にして、複層ガラスの酸化状態及び還元状態の光透過率を測定した。
<Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマーの合成>
等モル量の配位子、ビス(ターピリジン)と酢酸鉄Fe(OAc)2を、アルゴンを長時間バブリングして酸素などを除去したCH3COOH(配位子1mgにつき約1mLのCH3COOH)中で24時間還流させた。この反応液を室温まで冷却して、少量の不溶性の残渣を濾過により除去した。濾液をペトリ皿に移した後、CH3COOHをゆっくりと蒸発させて乾燥させた。ペトリ皿に残った脆い皮膜を集めて、真空中で一晩乾燥させて、Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマーを得た(例えば、Electrochromic Organic-Metallic Hybrid Polymers: Fundamentals and Device Applications, Higuchi, Masayoshi (2009), The Society of Polymer Science, Japan vol. 41 (7) p. 511-520.参照)。
Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー100mgと、メタノール20mlと、ナノ白金粒子の分散液2mlを3時間撹拌しながら混合した。次に、15000rpmで遠心分離した後、メタノールで3回洗浄し、Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマーの表面にナノ白金粒子が付着している調光素子(Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Pt)を回収した。原料から計算すると、Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマーに対するナノ白金粒子の質量比が0.5%である。
<調光素子の作製>において、Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Ptを回収せずに、メタノールで希釈し、Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Ptの1.0質量%メタノール分散液を得た。
Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Ptのメタノール分散液100μlを3cm×3cmのITO膜付きガラス基板のITO膜上にドロップコートし、膜厚が5μmの調光素子(Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Pt)膜を形成した。Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Pt膜を作用電極とし、0.1Mの過塩素酸テトラブチルアンモニウム(TBA+ClO4 −)を電解質とし、アセトニトリル溶液中でCVを実施した以外は、実施例1と同様にして、CVを実施した。Fe(II)−ビス(ターピリジン)ハイブリッドポリマー−Pt膜は、アセトニトリルに不溶である。
ガスクロミック調光ガラスの代わりに、調光ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にして、複層ガラスの酸化状態及び還元状態の光透過率を測定した。
1a エレクトロクロミック有機ポリマー
1b ナノ粒子
2 ガスクロミック調光素子膜
3 ガラス基材
4 ガラス基材
5 シール部材
10 ガスクロミック調光ガラス
60 給排気器
70 光源
80 分光光度計
S ガス充填室
Claims (11)
- 雰囲気ガスとの酸化還元反応により、可逆的に光透過率が変化するガスクロミック調光素子であって、
エレクトロクロミック有機ポリマーと、該エレクトロクロミック有機ポリマーの酸化還元反応の触媒として機能するナノ粒子を含有し、
還元ピーク電位が−0.6V vs Ag/AgNO3以上に存在し、
酸化ピーク電位が+0.3V vs Ag/AgNO3以下に存在し、
前記エレクトロクロミック有機ポリマーは、一般式
で表される構成単位、一般式
で表される構成単位、又は、一般式
で表される構成単位を有することを特徴とするガスクロミック調光素子。 - 雰囲気ガスとの酸化還元反応により、可逆的に光透過率が変化するガスクロミック調光素子であって、
エレクトロクロミック有機ポリマーと、該エレクトロクロミック有機ポリマーの酸化還元反応の触媒として機能するナノ粒子を含有し、
還元ピーク電位が−0.6V vs Ag/AgNO3以上に存在し、
酸化ピーク電位が+0.3V vs Ag/AgNO3以下に存在し、
前記エレクトロクロミック有機ポリマーは、アニリン由来の構成単位、3,4−エチレンジオキシチオフェン由来の構成単位、又は、3,4−プロピレンジオキシチオフェン由来の構成単位を有することを特徴とするガスクロミック調光素子。 - 前記エレクトロクロミック有機ポリマーは、ドーパントによりドープされていることを特徴とする請求項1に記載のガスクロミック調光素子。
- 前記ナノ粒子は、パラジウム、パラジウム合金、白金及び白金合金からなる群より選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項1に記載のガスクロミック調光素子。
- 前記エレクトロクロミック有機ポリマーに対する前記ナノ粒子の質量比が0.01%以上25%以下であることを特徴とする請求項1に記載のガスクロミック調光素子。
- 請求項1又は2に記載のガスクロミック調光素子を含む膜が透明基材上に形成されていることを特徴とするガスクロミック調光部材。
- 前記膜は、膜厚が10nm以上1000μm以下であることを特徴とする請求項6に記載のガスクロミック調光部材。
- 前記透明基材は、ガラス基材又はプラスチック基材であることを特徴とする請求項6に記載のガスクロミック調光部材。
- 2枚以上のガラス基材を有し、
2枚の前記ガラス基材の間に、請求項1又は2に記載のガスクロミック調光素子を含む膜が形成されていることを特徴とする複層ガラス。 - 前記2枚のガラス基材の間に、水素、オゾン、酸素又は空気を給排気する手段をさらに有することを特徴とする請求項9に記載の複層ガラス。
- 請求項1又は2に記載のガスクロミック調光素子を製造する方法であって、
前記エレクトロクロミック有機ポリマーと、前記ナノ粒子を溶媒中で混合することを特徴とするガスクロミック調光素子の製造方法。
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