KR20010086115A - 반사된 방사의 조절을 위한 역작용이 가능한 전기화학 거울 - Google Patents

반사된 방사의 조절을 위한 역작용이 가능한 전기화학 거울 Download PDF

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Abstract

전기화학 거울은 투명한 제1 전극(106) 및 제2 전극(110)을 구비한다. 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 전해질 용액(112)은 전극 상에 전착(電着)될 수 있는 금속 이온(116)을 함유한다. 음의 전기 전위(118)는 제1 전극에 인가되어 침적된 금속이 제2 전극으로부터 전해질 용액 안으로 용해되게 하고, 용액으로부터 제1 전극으로 전착되게 함으로써, 전자기 방사(122)를 위한 거울의 반사성에 영향을 미친다. 제1 전극에 적용되는 표면 변경층(108)은 거울의 반사성을 증가시키는 거울을 초래하는 실질적으로 균일한 전착을 보장한다. 양의 전기 전위(118)는 제1 전극에 인가되어 침적된 금속이 제1 전극으로부터 용해되게 하고 용액으로부터 제2 전극으로 전착되게 함으로써 거울의 반사성을 감소시킨다.

Description

반사된 방사의 조절을 위한 역작용이 가능한 전기화학 거울{REVERSIBLE ELECTROCHEMICAL MIRROR FOR MODULATION OF REFLECTED RADIATION}
빛 조절을 위해 금속의 역작용이 가능한 전착을 이용하려는 종래 기술의 시도에 있어서, 투명한 기판 상에 행해지는 침적은 거칠고 검으며, 회색 또는 때때로 (미세하게 분배된 금속을 대표하는) 색상 표현 및 특히 두꺼운 경우에 나타나는 부족한 반사성 및 높은 빛 흡광도가 제공되었다. 이것은 예컨대, 투명한 전도 전극 표면이 금속화된 바로 그 때, 우다카(Udaka)의 작업 내에서 실현되었다(우다카 등의 공표된 유럽 특허 출원 제0712025호, 제95117797.1호). 이러한 침적은 휘도를 개선하기 위해 백색 색소를 종종 첨가하여 배경으로부터의 반사율을 수반하는 디스플레이 응용을 위해 연구되었다. 디스플레이와 관련된 와스자우스키(Warszawski)의 미국 특허 제5,056,899호는, 전송 장치에 대한 상당한 불리함(예컨대, 대항 전극에 의 금속 침적의 가능성)이 주어진 이후, 역작용이 가능한 금속 전착이 디스플레이 응용에 매우 적절하다는 것을 설명하고 있다. 이러한 설명은 고성능 창에 역작용이 가능한 금속 침적의 응용이 장치 자신의 가열로 내부 공간의 가열을 초래하게 되는 미세하게 분배된 전착된 금속에 의한 빛 흡수가 수반해야 함을 의미한다. 종래 기술의 문헌에서는 또한 전송-형태 장치를 위해 역작용이 가능한 금속 전착은 보조 대항 전극 반작용의 사용을 요구하고, 한편 금속은 침적물이 작용하는 전극으로부터 떨어져나감에 따라 대항 전극 상에 도금될 것이라고 설명하고 있다.
종래 기술 문헌에서 기술된 전해질은 금속 침적동안 대항 전극에서 산화된(예컨대, 브롬, 요오드 또는 염소) 보조 산화 환원 반응 종류(예컨대, 브롬화물, 요오드화물 또는 염화물)를 포함한다. 상기 금속 침적 동안에는 긴 기간의 동작 동안 화학과 관련된 불안정성을 이끌고, 개방된 회로 상의 금속 침전물의 용해를 일으킴으로써 기억 효과를 매우 감소시킨다 예컨대, 2Ag0+ Br2---> 2AgBr. 대부분의 경우, 디스플레이 응용에 바람직한 임계전압을 채용하는 빛 조절 침적이 확보되는 동안 보조 산화 환원 반응 처리 대항 전극에의 금속 침적을 방해한다. 이 보조 산화 환원 반응 처리는 대항 전극에서 금속의 도금/용해가 발생하고, 임계전압이 관측되지 않는 바로 그 때 현저한 측면 반작용을 나타낸다. 예컨대, 와스자우스키, 칼럼 3-4 (구리 또는 니켈이 대항 전극 페이스트에 존재할 때) 및 두체네(Duchene) 등의 전해질 디스플레이, 전자 장치 상의 IEEE 트랜잭션, 볼륨 ED-26 번호 8, 페이지 1243-1245(1979년 8월), 프랑스 특허 제2,504,290호(1982년 10월 22일)을 참조하라. 적어도 1V 의 높은 스위칭 전압이 종래 기술의 특허 및 문헌에서 발견되는 모든 전착 장치에 사용된다.
와스자우스키는 격자 대항 전극의 사용은 균일도가 낮은 침적을 줄것이라고 설명한다. (겔 전해질의 매우 얇은 필림의 결과로) 투명한 동작 전극 상의 침적은 대항 전극 격자선 부근에 고도로 집중된다. 와스자우스키는 또한 대기 오염물질에 대한 감도를 최소화하고, 누설이 적은 봉인을 갖을 필요성 피하기 위해 수성 겔 전해질의 사용을 설명한다.
종래 기술 문헌은 기억 효과는 일시적임을 설명한다. 이것은 금속 도금/용해 이 외의 대항 전극 반작용 발생의 결과이다. 대항 전극에서 발생되는 활기찬 산화 작용 생성물은 열린 회로 상에서 (느리게) 화학적으로 또는 닫힌 회로 동안 (빠르게) 전기화학적으로 동작 전극 상의 금속 침적물이 용해되게 할 수 있다.
종래 기술에 알려진 역작용이 가능하지 않은 전착 장치는 조정할 수 있는 반사성을 요구하는 응용에 필요함에 따라 높은 반사성 거울 침적물을 나타냈다. 거울 침적물의 역작용이 가능한 전착은, 예컨대, 여러 가지의 빛이 비치는 조건하에서 최적의 시계를 확보하기 위해 자동차의 후방 및 측면 거울의 반사성을 자동적으로 조절하는데 사용될 수 있다. 특히, 유리 또는 플라스틱 기판 상의 투명한 전극으로부터의 약간 또는 모든 거울 침적물의 용해는 뒤따라오는 운송수단의 전조등으로부터 거울에 반사된 눈부신 빛을 감소시킬 수 있다. 조정 가능한 거울을 위한 역작용이 가능한 전착 방법은 상대적으로 불변식의 셀 갭을 요구하고 유독한 화학약품(예컨대, 바이올로겐)을 포함하는 전기변색 거울이 가능한 것과 비교하여 상당한 비용 및 안전성의 이점을 제공한다.
본 발명은 제어 가능한 투과율 및 반사성을 갖는 거울 및 창과 같은 장치에 관한 것이다.
태양 빛은 창을 통하여 건물 안으로 전달되며, 전달 수단은 (온실효과를 통하여) 불편한 환경을 조성하며 공기 조절의 필요성 및 비용을 증가시키는 열을 발생할 수 있다. 여러 일조 조건에서 사용하기 위해 빛의 전달을 조정할 수 있는 "고성능 창"을 제공하는 현재의 방법은 빛을 흡수하는 물질을 사용하는 것을 포함한다. 이러한 방법은 창 자체가 가열되고 전기변색 장치와 같은 이러한 장치는 상대적으로 고가이고 제한된 내구성 및 수명을 나타내기 때문에 단지 부분적으로 효과가 있다. 어떤 액정을 토대로한 창 시스템은 빛을 통하게 하는 상태와 통하지 않게하는/분산 상태를 스위칭 하지만 투명한 상태를 유지하기 위한 상당한 전압을 필요로한다. 그러므로 갑싸고 가변 반사성을 갖는 항구적인 낮은 전압의 고성능 창의 필요성은 중요하다. 빛을 흡수하는 것보다는 오히려 빛을 반사하는 것이 실내 가열을 막는 가장 효과적인 방법이다.
도 1은 반사된 방사의 조절을 위해 본 발명에 따라 구성된 전기화학 거울의 일반적인 설계를 도시한 단면도.
도 2는 도 1과 유사하지만, 상당한 양의 금속이 제1 전극에 침적되게 하는제2 전극에 관련된 제1 전극에 충분한 음의 전기 전위가 인가되었을 때의 거울의 상태를 도시한 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2와 유사하지만, 실질적으로 모든 금속이 제2 전극 상에 침적되게 하는 제2 전극에 관련된 제1 전극에 충분한 양의 전기 전위가 인가되었을 때의 거울의 상태를 도시한 단면도.
본 발명의 전기화학 거울은 가시 광선 및 그 밖의 전자기 방사의 반사를 통하여 유효하고 정밀한 제어를 제공한다. 거울은 투명한 제1 전극, 제1 전극 상의 표면 변경층 및 제2 전극을 포함한다. 전해질 용액은 제1 및 제2 전극 사이에 배치되어 제1 및 제2 전극 상에 전착될 수 있는 금속 이온은 전해질 용액 내에 용해될 수 있다.
음의 전기 전위가 제2 전극에 관련된 제1 전극에 인가될 때, 인가된 전위는 침착된 금속이 제2 전극으로부터 전해질 용액 안으로 용해되게하고, 용액으로부터 제1 전극에 전착되게 하는 경향이 있다. 표면 변경층은 제1 전극 상의 거울 표면 내에 전착된 금속의 실질적으로 균일한 핵형성을 촉진하여, 그와 같은 제1 전극 상에 존재하는 침적된 금속의 총계는 방사에 대한 거울의 반사성에 영향을 끼친다. 반대로, 극성이 역전되고 양의 전기 전위가 제2 전극에 관련된 제1 전극에 인가되었을 때, 인가된 전위는 침적된 금속이 제1 전극으로부터 용해되게 하고, 용액으로부터 제2 전극으로 전착되게 하는 경향이 있다. 거울 침적물의 반사성은 도전 필름 상에 침적된 금속의 총계에 의존하여 0% 부근으로부터 거의 100% 까지 선택적으로 조정될 수 있다.
여러 실시예에 있어서, 제2 전극은 연속적 또는 불연속적 전기 전도체일 수 있다. 하층은 부착을 개선하기 위해 제2 전극과 제2 기판 사이에 제공될 수 있다.
제1 전극은 제1 기판 상에 균일하게 배치되거나 또는 패턴 내에 배치될 수 있다. 표면 변경층은 산화작용에 대하여 전착된 금속보다 전기화학적으로 더욱 안정된 불활성 금속의 얇은 층일 수 있다(즉, 공칭적으로 투명하게 되도록 충분히 얇다). 표면 변경층은 제1 전극 상에 또한 균일하게 배치될 수 있거나 또는 패턴 내에 배치될 수 있다. 하층은 부착을 개선하기 위해 제1 전극과 표면 변경층 사이에 부가될 수 있다.
전해질 용액은 수성 또는 비수성 겔 전해질을 형성하는 겔화 작용제를 함유할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 전기화학 거울의 일반적인 설계를 도시한 단면도이다(도면 내의 일부 치수, 특히 층 두께는 본 발명의 구조 및 기능을 효과적으로 표현하기 위해 불균형하게 표현되었다). 전자기 방사의 반사에 의하여 정밀한 역 제어를 할 수 있는 거울은 제어될 방사에 실질적으로 투명한 제1 기판(102) 및 제2 기판(104)을 구비한다. 또한 실질적으로 투명한 전기 도전 필름(106)은 제1 기판 상에 침적된다. 전기화학적으로 안정된 표면 변경층(108)이 부가된 필름(106)은 제1 전극으로 작용한다. 제2 전극(110)은 제2 기판(104) 상에 침적된다. 제2 전극은 대안으로서 제2 기판(104)에 필요하지 않은 예컨대 충분한 강도를 갖는 벌크 전극, 금속판 또는 시트 일 수 있다. 제2 전극(110)은 제2 전극 표면의 노출을 피하기 위해 전기화학적으로 안정되거나 활성 금속층(114)의 충분한 두께로 덮여진다. 전극(110)의 표면은 전극으로부터의 방사의 반사를 줄이거나 또는 전류 밀도를 낮춤으로써 스위칭 속도를 개선하기 위해 거칠게 될 수 있다.
전해질 용액(112)은 전극(106)과 전극(110) 사이에 위치하며 전극(106)과 전극(110)과 전기적으로 접촉상태에 있다. 도 1에 도시한 구성에 있어서, 거울은 전극(110) 상에 금속성층(114)을 침적함으로써 처음에 충전될 수 있다. 즉, 상기 층(114)은 거울이 조립되기에 앞서 전극(110) 상에 침적된다. 본 기술분야의 당업자라면 인식할 수 있는 바와 같이, 그리고 거울의 동작에 관해 후에 더 설명되는 바와 같이, 이러한 금속성층은 대안으로서 전극(110) 및 전극(106) 상에 처음에 침적될 수 있거나(즉, 층(120)과 같이 표면 변경층(118) 상에) 또는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극(106) 상의 부분적인 침적물과 전극(110) 상의 부분적인 침적물 사이에 배분된다. 전극(110)이 거울 금속으로 스스로 구성되지 않는다면, 이러한 처음에 침적된 층 내의 금속의 총계는 더 상세히 후술되는 바와 같이 거울의 반사성을 제어하기 위한, 침적에 이용할 수 있는 금속의 최대 총계를 형성한다. 층(114, 120)과 같은 동일한 금속 원자를 포함하는 금속 이온(116)은 용액 내의 금속 원자가 제1 및 제2 전극 상에 전착(電着)되고 역으로 제1 및 제2 전극으로부터 전기분해될 수 있는 바와 같이 전해질 용액(112)에 용해된다. 제1 전극(106)에 적용되는 표면 변경층(108)은 이온(116)으로부터 전착된 금속의 전극에 핵형성을 촉진한다.
거울은 역이 가능한 양극성을 가지며 조정 가능하거나 또는 양, 음 전위 값을 미리 조절할 수 있는 전기 전위(118)의 소스와 함께 사용되도록 계획되고, 제1 전극(106)과 제2 전극(110) 사이에 접속된다. 음의 전기 전위가 제2 전극(110)에 관련된 제1 전극(106)에 인가된 때, 제2 전극(110) 상에 침적된 금속(114)은 제2 전극으로부터 전해질 용액(112) 안으로 용해되기 쉽고, 한편 용액 내의 금속 이온(116)은 용액으로부터 제1 전극(106)의 표면 변경층(118) 상으로 전착되기 쉽다. 표면 변경층(118)은 거울 표면을 형성하는 실질적으로 균일한 층에 금속을 침적시키는 경향이 있다.
인가된 전위의 양극이 반전된 경우, 양의 전위는 제2 전극(110)에 관련된 제1 전극(106)에 인가되고, 침적된 금속은 제1 전극으로부터 용액(112) 안으로 용해되기 쉽고, 용해된 금속은 용액으로부터 제2 전극 상에 전착되기 쉽다.
제1 전극에 남아있는 침적된 금속의 총계는 거울이 방사에 대해 표시하는 반사성을 결정한다. 처리는 역작용이 가능하고, 제1 전극(106) 상에 실직적으로 침적을 완료하고, 제1 전극(106)으로부터 실직적으로 제거를 완료하는 사이의 사실적인 어떤 포인트에 유지될 수 있다. 그러므로 거울은 대략 0% 반사로부터 대략 100% 반사 까지의 어떠한 반사값으로도 조정될 수 있다. 거울의 반사성의 낮은 한계는 핵형성층(108), 전극(106) 및 기판(102)의 반사성에 의해 영향을 받으며, 이러한 반사성은 통상적으로 사용되는 비-반사 코팅의 형태를 사용함으로써 또는 층 두께를 조절함으로써 감소될 수 있다.
도 2는 도 1과 유사하지만, 실질적인 금속층이 제1 전극에 침적되게 하는 충분한 기간동안 제2 전극에 관련된 제1 전극에 충분한 음의 전기 전위가 인가되었을 때의 거울의 성능을 도시한 단면도이다. 이 조건에서, 층(120)은 침적된 금속에 의해 생성되고, 높은 반사력을 갖는 거울로 작용하고 거울에 충돌하는 빛의 빔(112)으로 도시한 바와 같이 방사를 반사할 것이다.
도 3은 도 1 및 도 2와 유사하지만, 제1 전극으로부터 용해되고 제2 전극 상에 금속성층(114)으로서 침적되는 실질적인 모든 금속의 원인이 되는 충분한 기간동안 제2 전극에 관련된 제1 전극에 충분한 양의 전기 전위가 인가되었을 때의 거울의 적용을 도시한 단면도이다. 이 조건에서, 거울은 들어오는 방사에 최소의 방해를 할 것이고, 이로써 제1 전극(106) 및 표면 변경층(118)을 통하여 전송될 들어오는 이러한 모든 방사를 실질적으로 허용하고, 전해질(112)또는 빛의 빔(124)으로 예시된 바와 같이 제2 전극(110) 상에 침적된 금속에 의해 흡수 또는 분산된다. 대안으로서, 전달된 빛은 만일 겔로된 전해질이 사용되었다면 겔 매트릭스에 의해 흡수 또는 분산될 것이다. 흡수 염료는 빛 흡수를 강화하기 위해 전해질 또는 겔 메트릭스에 첨가될 수 있다. 도 3의 도시된 구성에 있어서, 반사된 빛의 총계는 최소가 될 것이다.
바람직한 실시예의 제작
바람직한 제1 전극은 광학적으로 투명하고, 낮은 저항성(약 10 오옴/제곱)ITO(인듐 주석 산화물) 또는 FTO(불소 도핑 주석 산화물) 필름으로 한 측면이 균일하게 코팅된 유리 또는 플라스틱 기판을 이용한다. 거울 침적물을 생성하기 위한 금속 침적을 위한 핵형성 속도를 강화하기 위해 Pt와 같은 점착성의 불활성 금속은 바람직하게는 ITO 또는 FTO 표면으로 스퍼터링함으로써 증착되고, 그 밖에 예컨대, 금, 팔라디움, 로듐, 이리듐, 루테늄, 레늄, 등의 전기화학적으로 불활성인 금속이 또한 사용될 수 있다. 이것은 하층 금속(예컨대, Ti, 또는 Cr)이 기판에 값비싼 금속의 접착을 개선하기 위해 제공되는 예컨대, Ti/Au, Cr/Au 의 이중 금속 필름이 사용되는 경우에 이점이 있을 것이다. 전기적인 버스 접속은 ITO 또는 FTO 코팅 경계 주변에 형성된다.
반사성의 조정이 가능한 거울에 있어서, 바람직한 제2 전극은 제2 전극으로부터의 방사의 반사를 감소시키기 위해 (예컨대, 구슬 폭발로) 거칠게된 거울 금속(예컨대, 은) 또는 다른 금속의 시트를 포함한다. 제2 전극이 동작 조건하에서 전기화학적으로 안정되지 않다면, 거울 금속의 초과량은 제2 전극이 거울 금속으로 항상 덮히도록 그리고 용액에 노출되지 않도록 사용된다. 대안으로서, 백금과 같은 전기화학적으로 불활성 금속의 보호층은 반작용 기판과 거울 금속 사이에 사용된다. 셀 조립에 앞서, 만일 거울 금속 외의 것이라면 제2 전극은 제1 전극에 침적되었을 때, 바람직한 량의 반사성을 제공하기에 충분한 거울 금속의 량으로 도금되고, 제2 전극 기판 금속의 전해질에의 노출을 막는다(대안으로서, 제1 전극은 거울 금속으로 도금될 수 있다).
바람직한 전해질은 거울 금속의 전착에 관한 것을 제외하면 화학적 및 전기화학적으로 모두 안정된 겔 전해질이다. 바람직하게는 거울 금속은 은 할로겐화물로서 전해질에 부가된 은이며, 전기활성이 아닌 카티온을 갖는 할로겐화 염의 부가물로부터 유도되는 초과 할로겐화 이온의 부가물에 의해 전해질 내에 안정된다(예컨대, 리튬, 소듐 또는 칼륨). 상대적으로 낮은 유독성 및 양호한 전기화학 특성을 갖는 다른 거울 금속은 구리 및 비스무스를 포함한다. 할로겐화 이온의 혼합물(염화물, 요오드화물 또는 칼륨)이 사용될 수 있다. 바람직한 온도 동작 범위를 제공하기 위해 용매의 빙점 및 비등점을 고려하여 선택된 용매는 전해질 안정성 뿐만아니라 거울 사이클링 특성도 좋다. 바람직한 용매는 물, 디메틸술프옥사이드(DMSO), 에틸렌 글리콜, 감마-부티로락톤(GBL), 디메틸포름아미드(DMF) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 어떤 경우에 있어서, 침적 특성, 전자 전송 촉진 또는 거울 금속을 전해질 내에 안정시키는 것을 개선하기 위해 다른 종류를 첨가하는 것이 가능하다. 예컨대, Ag(I) 및 Cu(I)는 또한 니트릴, 아민, 인, 술프 도너 등, 예컨대,[Cu(니트릴)4]CF3SO3에 의해 안정화될 수 있다. 일반적으로 전착의 레벨링 및 밝기설정을 위해 사용되는 유기 합성물은 거울의 수명을 제한하기 때문에 회피되므로, 첨가물은 전기활성이거나 또는 거울 금속의 전착동안 분해된다.
비록 본 발명의 거울이 액체 전해질을 사용하여 제작될 수 있지만 거울 제작을 촉진하고 거울 성능에 영향을 미치거나 또는 화학 안전 위험을 생성하는 전해질 손실을 최소화하기 위해 그리고 사람 신체의 손상의 원인이 되는 불의의 파괴 동안 형성되는 유리 파편을 끈끈하게 보관하기 위해 전해질 자극제의 사용이 바람직하다. 바람직한 전해질 자극제는 유기 겔화 작용제 예컨대, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVOAC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 있으며, 이것은 대기 온도에서 겔과 같이 투명한 프라스틱을 형성하기 위해 액체 전해질 내에 용해된다. 겔화 작용제의 적절한 양으로 전해질은 액체 전해질의 전도성을 유지할 수 있고, "고체 상태" 성분으로 제거 및 공급된다. 특정 유기 중합체 겔화 작용제는 주어진 전해질이 갖는 화학적 및 전기화학적인 양립성 및 거울 금속 반작용을 토대로 선택된다. 다른 가능한 전해질 자극제는 많은 양의 전해질을 흡수하는 예컨대, 오마실 및 다공성 폴리프로필렌 등의 다공성 고체 중합체를 포함한다.
본 발명의 역작용이 가능한 전기화학 셀은 적절한 간격 및 밀폐 모두를 제공하기 위해 스페이서 및 중합체 밀폐재 또는 게스킷 또는 O-링을 사용하여 제조될 수 있다. 스페이서 및 밀폐 물질은 전해질과 화학적으로 양립할 수 있어야한다. 양호한 결과는 폴리프로필렌 스페이서 및 실리콘 밀폐재로 얻어질 수 있다. 바람직한 전극 간격은 약0.05∼3.0 mm 이다. 전기적 접속은 각 전극 상에 금속 버스로 만들어지며, 스위칭을 위해 전압원에 접속된다.
실례
1. 시야 영역이 7.6 ×12.7 ㎝인 조절 가능한 반사성 셀은 유리 기판 상의 11 오옴/제곱 FTO막에 30 Å의 스퍼터링된 백금 핵형성 층으로 이루어진 거울 전극을 이용하여 구성된다. 대향 전극은 비드 블라스팅(170 그리트)에 의해 대강(大綱) 처리된 25 ㎛ 두께의 은박(99.99 %의 순도)이고, 두꺼운 플라스틱 배면판에 의해 기구적으로 지지된다. 전해액은 DMSO 용매 내의 0.15 M AgI + 1.8 M LiCl이다. 실리콘 개스킷은 밀봉과 2.4 ㎜의 전극 공간을 제공한다. 이 셀은 46,000 사이클의 경우에 25 s에 대한 -0.5 V(거울 전극에 대해)와 65 s에 대한 +0.25 V 사이에서의 딥 사이클 동안에 우수한 거울을 형성하고 소거한다. 거울의 형성은 실제로 균일함을 유지하지만, 결국에는 배면판의 노광부가 되는 대향 전극의 은이 관찰된다. 각각의 실험은, 개방 회로 상에서 거울 손실을 발생할 수 있는 은 금속의 화학적 용해를 피하고 은 금속의 재분배에 기여할 수 있도록 하기 위해 전해액으로부터 산소를 제거할 필요가 있음을 나타낸다.
2. 시야 영역이 7.6 ×12.7 ㎝인 조절 가능한 반사성 셀은 유리 기판 상의 11 오옴/제곱 FTO막에 30 Å의 스퍼터링된 백금 핵형성 층으로 이루어진 거울 전극을 이용하여 구성된다. 대향 전극은 샌딩(400 그리트)에 의해 대강(大綱) 처리된 동판 상의 상업용 판형조(板型漕)로부터 전기 침착된 25 ㎛ 두께의 은이다. 셀 제조 과정과 전해액은 예 1과 같다. 이 셀도 또한, 거울의 품질을 상당히 악화시키지 않고서도 우수한 거울을 형성하고 소거하며, 100,000 사이클의 경우에 25 s에 대한 -0.5 V(거울 전극에 대해)와 65 s에 대한 +0.25 V 사이에서 사이클된다.
본 발명의 특징
거울 같은 반사성을 위해 필요한 균일의 금속 침착을 얻기 위해, 일반적으로, 제1 전극의 투광 전도막을 이용하여, 예컨대 전기 화학적 불활성 금속(예컨대, 백금 또는 금)으로 된 매우 얇지만 투광성의 (∼15-200 Å) "시드" 층을 증기 침착함으로써 핵형성을 개선할 필요가 있다. 이 시드층은 거울 침착을 얻도록 금속 침착 과전압을 최소화하고 핵형성의 속도를 증대시킨다. 금속 핵형성을 개선하고 거울 침착을 제공하기 위해, 다른 표면 처리법(예컨대, 불활성 금속층의 전기 침착)이 사용될 수도 있다. 금속 침착을 효과적으로 생성하기 위해, 핵형성 층은 초소형으로 연속되어야 하며, 이것은 몇 가지 투광 전도체 기판에 관한 몇 가지 금속화 처리법의 경우가 아닐 수도 있다. 예컨대, 대개 (흡착된 주석 이온의 팔라듐 변위를 포함하는) 동 플레이팅 이전에 인쇄 배선판을 금속화하는 데 사용되는 2 단계 공정법은 적절한 접착력을 갖는 충분한 연속막들을 만들 수 없다. 특수 효과, 예컨대 장식이 있는 거울을 설계하는 경우에는, 투광 전도체(예컨대, ITO 또는 FTO) 및/또는 금속 핵형성 층이 원하는 대로 패턴화될 수 있다.
거울 침적을 달성하는 데에 유용한 것은 전극 표면 상에서 흡수하는 첨가제이고, 이러한 첨가에 의해 금속 침적 처리를 금지시키며, 거울 금속 이온을 합성하는 첨가제인 경우에는 금속 침적을 위한 과전압을 상승시키게 된다. 대부분의 유기 첨가제는 도금 분야에서 선명하게 하고 레벨 침적하기 위해서 사용되고 있지만, 금속 침적하는 동안 전기화학적으로 소비되어 적절하지 않게 된다.
동일한 금속 침적/용해 반응이 양 전극에서 발생되지 않기 때문에, 화학적으로 반응성이 있는 종류(species)들은 생성되지 않는다. 그 결과, 산화 불순물이 셀로부터 방출되는 경우, 특정 스위칭 상태는 개방 회로에서 일정하지 않게 유지된다.
본 발명의 거울은 종래 기술에 있어서 잘 알려진 통상의 장치인 전기변색 장치(광흡수가 인가된 전압에 의해 변화됨)에서보다 전자 반사 장치(광반사가 전압의 인가에 의해 변화됨)이다.
전기화학적 거울은 전해질 안정성 영역 내에서 양호하게 동작하여, 초과하는 금속 도금이나 비도금에 의해서는 해가되지는 않는다. 실제로, 거울은 침적된 금속이 그 전극에서 고갈되는 경우에 전류의 흐름을 실제적으로 중지시킬 수 있기 때문에, 전압 안정성 영역 내에서 바이어스될 때에 거울 전극을 위해 자체적으로 제한된다. 셀 조립체 이전에 제2 전극 위에 침적되는 거울 금속의 양을 제한함으로써, 길게 연장되어 인가된 전압 이하의 제1 전극의 과도한 도금은 방지될 수도 있다.
고체 생성물을 포함하는 동일한 산화 환원 결합(금속 침적/용해도)이 양 전극에서 사용되어 측면 반응이 예방될 수 있기 때문에, 셀 격리판은 불필요하게 된다. 한편, 다공성 셀 격리판, 예컨대 다공성 폴리프로필렌은 액체 전해질을 함유하는 매트릭스를 제공하기 위해서 사용될 수 있고, 또한 셀의 최대 휨의 경우에 2개의 전극의 단락을 예방하기 위해서도 사용될 수 있다.
넓은 온도 동작 범위는 높은 비등점의 유기 용매, 예컨대 디메틸술폭시화물, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 테트라클리메 등에 따른 전해질을 사용함으로써 얻을 수 있다. 이들 유기 용매의 혼합물의 사용은 그 온도 범위를 낮은 동작 온도로 확장시킬 수 있다.
전기화학적으로 불활성 중합 자극제를 통합한 "고체 상태"의 겔 전해질의 사용에 의해 거울 제조를 용이하게 하며, 화학적이거나 물리적으로 인체에 손상을 입힐 수 있는 가능성을 감소시키고, 종래의 트랜스포트(확산이 매우 느린 방법이다)를 방지함으로써 셀 누수 및 대기중의 오염물질에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 대해서는 위에서 상세히 예시 및 설명하였다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 당업자라면 본원 명세서의 전술한 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다른 실시예 및 변경이 가능함을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본원 명세서에서 예시 및 개시된 것과 등가인 소자, 부품 또는 구성 요소들은 다양하게 변형 실시할 수 있고, 본 발명의 소정의 특성은 다른 특성과 독립적으로 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 상세한 설명 및 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 고찰할 때 상기 모든 실시예 및 변형예를 포함하는 이하의 특허 청구의 범위에서 명시된 범위 내에서만 제한하고자 하는 것이다.

Claims (39)

  1. 전자기 방사의 반사를 역으로 제어할 수 있게 하는 전기화학 거울에 있어서,
    방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 전극(106)과,
    상기 제1 전극 상에 배치된 표면 변경층(110)과,
    제2 전극(110)과,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 전해질 용액(112)과,
    상기 제1 및 제2 전극 상에 전착(電着) 가능하고, 전해질 용액 내에 용해될 수 있는 복수의 금속 이온(116)과,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 하나에 배치된 복수의 상기 금속의 원자(114)를 포함하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 음의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제2 전극으로부터 상기 용액 안으로 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제1 전극으로 전착되게 하기 쉬우며, 상기 표면 변경층은 상기 제1 전극 상에 전착된 상기 금속의 실질적으로 균일한 핵형성을 촉진하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 양의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제1 전극으로부터 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제2 전극으로 전착되게 하기 쉬우며,
    침적된 금속의 총량은 방사를 위해 상기 거울의 반사성에 작용하는 상기 제1전극 상에 존재하는 것인 전기화학 거울.
  2. 제1항에 있어서, 방사에 대해 실질적으로 투명한 제1 기판을 더 포함하고, 상기 제1 기판 상에는 상기 제1 전극이 배치되는 것인 전기화학 거울.
  3. 제2항에 있어서, 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제2 기판 상에는 상기 제2 전극이 침적되는 것인 전기화학 거울.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 기판은 전기적으로 절연되는 기판이고 상기 제2 전극은 연속적인 전기 전도체인 것인 전기화학 거울.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 전극은 상기 제2 기판 상에 침적된 전기화학적으로 안정된 금속인 것인 전기화학 거울.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 전극의 상기 전기화학적으로 안정된 금속은 Au, Cr, Ir, Ni, Os, Pd, Pt, Re, Rh, Ru 및 스테인레스 스틸로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 전기화학 거울.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제2 전극과 상기 제2 기판 사이의 부착력을 개선하기 위해 상기 제2 전극과 상기 제2 기판 사이에 하층을 더 포함하는 전기화학 거울.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하층은 알루미늄, 크롬, 하프늄, 몰리브덴, 니켈, 티타늄, 텅스텐, 지르코늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 전기화학 거울.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극은 단단한 금속성 전극인 것인 전기화학 거울.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극은 상기 전극으로부터 반사된 방사를 줄이기 위해 거칠게한 표면을 포함하는 전기화학 거울.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 균일하게 배치되는 것인 전기 화학 거울.
  12. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 패턴으로 배치되는 것인 전기화학 거울.
  13. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 침적된 전기적으로 전도력이 있는 산화물 코팅인 것인 전기화학 거울.
  14. 제13항에 있어서 상기 전기적으로 전도력이 있는 산화물 코팅은 알루미늄(도핑) 아연 산화물, 안티몬(도핑) 주석 산화물, 불소(도핑) 주석 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물, 불소(도핑) 인듐 산화물, 알루미늄(도핑) 주석 산화물, 인(도핑) 주석 산화물, 인듐 아연 산화물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 전기화학 거울.
  15. 제2항에 있어서, 상기 표면 변경층은 전해질 용액 내의 산화작용에 대하여 전착된 금속보다 전기화학적으로 더 안정된 전기화학적으로 불활성 금속의 얇은 층인 것인 전기화학 거울.
  16. 제15항에 있어서, 상기 불활성 금속층은 Au, Ir, Os, Pd, Pt, Re, Rh, Ru 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 전기화학 거울.
  17. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 표면 변경층 사이의 부착력을 개선하기 위해 상기 제1 전극과 상기 표면 변경층 사이에 하층을 더 포함하는 전기화학 거울.
  18. 제17항에 있어서, 상기 하층은 알루미늄, 크롬, 하프늄, 몰리브덴, 니켈, 티타늄, 텅스텐, 지르코늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 전기화학 거울.
  19. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판은 유리인 것인 전기화학 거울.
  20. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판은 플라스틱인 것인 전기화학 거울.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플라스틱 기판은 아크릴, 우레탄, 폴리스티렌, 폴리 탄산 에스테르, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(共重合體), 스티렌 부타디엔 공중합체, 셀룰로오스 물질, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리에스터, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스터 카보네이트, 이오너머, 폴리에틸렌테레파타에이트(polyethyleneterephthate), 주기적인 올레핀 공중합체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인 전기화학 거울.
  22. 제2항에 있어서, 상기 전해질 용액은 물을 함유하는 용액인 것인 전기화학 거울.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전해질 용액은 겔(gel) 전해질을 형성하기 위해 겔화하는 작용제를 더 포함하는 것인 전기화학 거울.
  24. 제23항에 있어서, 상기 겔화하는 작용제는 젤라틴, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산으로부터 유도된 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈,셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 산화물, 펙틴, 트래거캔스 고무, 알기네이트, 전분, 크산 고무, 구아(guar) 고무, 아라비아고무(acacia), 벤토나이트, 케토스티어릴(cetostearyl) 알콜로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 전기화학 거울.
  25. 제22항에 있어서, 상기 전해질 용액은 견고한 매트릭스 내에 담겨있는 것인 전기화학 거울.
  26. 제25항에 있어서, 상기 견고한 매트릭스는 미세하게 분할된 전기적으로 절연되는 분말, 다공성 폴리머, 절연 스폰지, 절연 펠트, 오마실(ormasils)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인 전기화학 거울.
  27. 제2항에 있어서, 상기 전해질 용액은 수성이 아닌 용액인 것인 전기화학 거울.
  28. 제27항에 있어서, 상기 전해질 용액은 수성이 아닌 겔 전해질을 형성하기 위해 전기화학적으로 불활성인 겔화 작용제를 더 포함하는 전기화학 거울.
  29. 제28항에 있어서, 상기 겔화 작용제는 용해되는 중합체인 것인 전기화학 거울.
  30. 제29항에 있어서, 상기 용해되는 중합체 겔화 작용제는 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리 탄산 에스테르 수지, 폴리메틸메타클레이트, 폴리프로필렌카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐인딘플르오르화물(polyvinylidinefluoride), 폴리비닐피롤리돈 으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인 전기화학 거울.
  31. 제27항에 있어서, 상기 전해질 용액은 견고한 매트릭스 내에 담겨있는 것인 전기화학 거울.
  32. 제31항에 있어서 상기 견고한 매트릭스는 미세하게 분할된 전기적으로 절연되는 분말, 다공성 폴리머, 절연 스폰지, 절연 펠트, 오마실 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인 전기화학 거울.
  33. 제2항에 있어서, 상기 금속 이온은 Ag+, Bi3+, Cu+/2+, Cd2+, Hg2+, In3+, Pb2+, Sb3+, Tl+/3+, Sn2+/4+, Zn2+로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것인 전기화학 거울.
  34. 제2항에 있어서, 상기 전해질 용액은 벤조니트릴, 디메틸카보네이트, 디메틸술프옥사이드, 에틸렌 카보네이트, 에틸렌 글리콜, 감마-부티로락톤, 글리세롤,프로필렌 카보네이트, 술폴란(sulfolane), 테트라글림(tetraglyme), 디메틸포름아미드, 물 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용제를 포함하는 것인 전기화학 거울.
  35. 제2항에 있어서, 상기 전해질 용액은 용액 내의 전착 가능한 금속 이온을 화학적으로 정착시키기 위한 합성물 종류를 더 포함하고 이로써 상기 제1 전극 상에 실질적으로 균일한 금속 층의 전착 및 용해를 촉진하는 것인 전기화학 거울.
  36. 제35항에 있어서, 상기 합성물 종류는 방향(芳香)족 및 올레핀족 합성물, 방향족 니트릴, 벤조니트릴, 방향족 헤테로고리 아민, 방향족 헤테로고리 황화물, 퀴놀린, 황화물, 지방족 아민, 방향족 아민, 유기-니트릴, 유기-포스핀, 유기-티올, 유기-황화물, 할로겐화물 이온, 다가 알코올, 썩씬이미드, 유사할로겐화물(시안화물 이온 및 티오시아네이트 이온) 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인 전기화학 거울.
  37. 전자기 방사의 반사를 역으로 제어할 수 있게 하는 전기화학 거울에 있어서,
    방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 기판(102)과,
    상기 제1 기판 상에 배치되고, 방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 전극(106)과,
    상기 제1 전극 상에 배치된 표면 변경층(110)과,
    제2 기판(104)과,
    상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전극(110)과,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 전해질 용액(112)과,
    상기 제1 및 제2 전극 상에 전착(電着) 가능하고, 전해질 용액 내에 용해될 수 있는 복수의 금속 이온(116)과,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 하나에 배치된 복수의 상기 금속의 원자(114)를 포함하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 음의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제2 전극으로부터 상기 용액 안으로 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제1 전극으로 전착되게 하기 쉬우며, 상기 표면 변경층은 상기 제1 전극 상에 전착된 상기 금속의 실질적으로 균일한 핵형성을 촉진하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 양의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제1 전극으로부터 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제2 전극으로 전착되게 하기 쉬우며,
    침적된 금속의 총량은 방사를 위해 상기 거울의 반사성에 작용하는 상기 제1 전극 상에 존재하는 것인 전기화학 거울.
  38. 전자기 방사의 반사를 역으로 제어할 수 있게 하는 전기화학 거울에 있어서,
    방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 기판(102)과,
    상기 제1 기판 상에 배치되고, 방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 전극(106)과,
    상기 제1 전극 상에 배치된 표면 변경층(110)과,
    전기적으로 절연되는 제2 기판(104)과,
    상기 제2 기판 상에 배치된 연속적인 전기 전도체인 제2 전극(110)과,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 전해질 용액(112)과,
    상기 제1 및 제2 전극 상에 전착(電着) 가능하고, 전해질 용액 내에 용해될 수 있는 복수의 금속 이온(116)과,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 하나에 배치된 복수의 상기 금속의 원자(114)를 포함하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 음의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제2 전극으로부터 상기 용액 안으로 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제1 전극으로 전착되게 하기 쉬우며, 상기 표면 변경층은 상기 제1 전극 상에 전착된 상기 금속의 실질적으로 균일한 핵형성을 촉진하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 양의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제1 전극으로부터 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제2 전극으로 전착되게 하기 쉬우며,
    침적된 금속의 총량은 방사를 위해 상기 거울의 반사성에 작용하는 상기 제1 전극 상에 존재하는 것인 전기화학 거울.
  39. 전자기 방사의 반사를 역으로 제어할 수 있게 하는 전기화학 거울에 있어서,
    방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 기판(102)과,
    상기 제1 기판 상에 배치되고, 방사(122)에 대해 실질적으로 투명한 제1 전극(106)과,
    상기 제1 전극 상에 배치된 표면 변경층(110)과,
    전기적으로 절연되는 제2 기판(104)과,
    상기 제2 기판 상에 배치된 전기화학적으로 안정된 제2 전극(110)과,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 전해질 용액(112)과,
    상기 제1 및 제2 전극 상에 전착(電着) 가능하고, 전해질 용액 내에 용해될 수 있는 복수의 금속 이온(116)과,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 하나에 배치된 복수의 상기 금속의 원자(114)를 포함하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 음의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제2 전극으로부터 상기 용액 안으로 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제1 전극으로 전착되게 하기 쉬우며, 상기 표면 변경층은 상기 제1 전극 상에 전착된 상기 금속의 실질적으로 균일한 핵형성을 촉진하고,
    상기 제2 전극에 관련된 상기 제1 전극에 인가되는 양의 전기 전위(118)는 침적된 금속이 상기 제1 전극으로부터 용해되게 하고, 상기 용액으로부터 상기 제2전극으로 전착되게 하기 쉬우며,
    침적된 금속의 총량은 방사를 위해 상기 거울의 반사성에 작용하는 상기 제1 전극 상에 존재하는 것인 전기화학 거울.
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