TWI786504B - 可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件 - Google Patents

可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件 Download PDF

Info

Publication number
TWI786504B
TWI786504B TW109147098A TW109147098A TWI786504B TW I786504 B TWI786504 B TW I786504B TW 109147098 A TW109147098 A TW 109147098A TW 109147098 A TW109147098 A TW 109147098A TW I786504 B TWI786504 B TW I786504B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
composite material
component
inorganic composite
zno
mol
Prior art date
Application number
TW109147098A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202227364A (zh
Inventor
黃肇瑞
曾詩閔
盧鴻華
Original Assignee
國立成功大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立成功大學 filed Critical 國立成功大學
Priority to TW109147098A priority Critical patent/TWI786504B/zh
Publication of TW202227364A publication Critical patent/TW202227364A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI786504B publication Critical patent/TWI786504B/zh

Links

Images

Landscapes

  • Glass Compositions (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本發明提出一種可抗紫外光與藍光的無機複合材料，其包括：第一組分，其包含氧化鋅；以及第二組分，其與第一組分異質接合地結合，且第二組分包含：IVA族氧化物、IVA族硫化物、VIB族氧化物、或VIB族硫化物。

Description

可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件
本發明關於一種無機複合材料，且特別攸關一種可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件。
目前市售的抗紫外光鏡片多採用有機或無機材料作為紫外光吸收材料，並與適當的高分子作用製作而成。此外，目前市售的抗藍光鏡片多以有機染料或氧化物薄膜作為藍光吸收材料，但有機染料經光線照射後其化學結構易發生變化，使得抗藍光特性逐漸衰退且外觀逐漸失真，而氧化物薄膜多以鍍膜方式形成，藍光吸收效果不佳，反射率僅10至20％，雖然其化學結構不易隨著光線照射而變化，但整體製程成本相對較高。
學術論文Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 4, 1207-1212提及木質素（lignin）奈米微球與聚乙烯醇組成的有機奈米複合材料可透過溶劑鑄模方式形成，並可於可見光波段獲得高穿透率與良好的紫外光吸收效率。中華民國發明專利公告號I560221及中華民國新型專利公告號M476937均以聚碳酸酯（polycarbonate）作為抗藍光原料，中華民國發明專利公告號I694122則以經聚多巴胺改質的色料作為抗藍光原料；上述專利文獻均將此等有機材料與可吸收紫外光的粉末混合並將混合物塗佈於鏡片上作為抗藍光鏡片。中華民國新型專利公告號M565123提及的抗藍光高解析鍍膜主要利用二氧化矽層、五氧化三鈦層、三氧化二鈦層、氧化鎂層、氧化鋁層或氧化銦層作為光學層以阻隔藍光。中華民國發明專利公告號I542919提及之可有效阻隔藍光及紅外光的光學鏡片真空鍍膜方法主要採用交互堆疊的方式真空蒸鍍複數層二氧化矽層與複數層氧化鋯層，此種多層的交互堆疊結構可阻隔部分藍光與紅外光。學術論文Journal of Materials Chemistry C, 2015. 3(19): p. 5065-5072提及氧化鋅與硫化鎘組成的複合材料可應用於可調式的抗紫外光與抗藍光鏡片，但硫化鎘除了對人體有害外，對環境亦會構成傷害。
職是之故，針對目前市售採用有機或無機材料之光學鏡片提出改善確實為本發明所屬技術領域之人士積極解決的課題之一。
本發明之一目的在於提出一種可抗紫外光與藍光的無機複合材料，其包括：一第一組分，其包含：氧化鋅；以及一第二組分，其與第一組分異質接合地結合，且第二組分包含：IVA族氧化物、IVA族硫化物、VIB族氧化物、或VIB族硫化物。
較佳地，第二組分包含二硫化錫、二硫化鎢、或二硫化鉬。
較佳地，以無機複合材料總莫爾數計，第一組分占超過0mol％而未滿100％，第二組分占超過0mol％而未滿100％。
較佳地，以無機複合材料總莫爾數計，第一組分占10至90mol％，第二組分占10至90mol％。
較佳地，以無機複合材料總莫爾數計，第一組分占20至40mol％，第二組分占60至80mol％。
較佳地，無機複合材料的能隙寬度為超過2.52eV，但未滿3.14eV。
本發明之另一目的在於提出一種光學元件，其包括：一主體層；以及一如前所述且混合於主體層內的無機複合材料。
較佳地，光學元件為一光學鏡片或一光學貼膜。
本發明之又一目的在於提出一種光學元件，其包括：一基材層；一設置於基材層上的主體層；以及一如前所述且混合於主體層內的無機複合材料。
較佳地，光學元件為一光學鏡片或一光學貼膜。
本發明之再一目的在於提出一種無機複合材料的製備方法，其包括：配置一第一組分的前驅物溶液，第一組分包含氧化鋅；添加一第二組分至第一組分的前驅物溶液以得到一混合液，第二組分包含：IVA族氧化物、IVA族硫化物、VIB族氧化物、或VIB族硫化物；以及添加一鹼類至混合液，並於一溫度下靜置使第二組分與第一組分異質接合地結合而形成一無機複合材料。
較佳地，靜置溫度為20至30℃，靜置時間為6至10小時。
較佳地，此製備方法更包括：清洗無機複合材料；以及乾燥無機複合材料。
為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，作詳細說明於下：
本發明人發現ZnO/SnS 2複合材料於未使用穩定劑下可透過調整鋅與錫的比例來使ZnO/SnS 2複合材料遮蔽不同的藍光波段，藉此此複合材料可依市場需求設計成於不同光學波段下具備不同穿透率的光學元件。本發明人更發現ZnO/SnS 2複合材料的製備過程中可透過不同前驅物進行反應使得製備過程具備製程的多調控性，藉此可大量製造，並降低生產成本與提升生產效率。
根據以上發現，揭示如圖1所示之本發明一實施方式的光學元件，所述光學元件包括：一主體層（1）以及一混合於主體層（1）內的無機複合材料（2），無機複合材料（2）包括：一第一組分及一第二組分，第一組分包含：氧化鋅，第二組分為與第一組分異質接合地結合且包含：IVA族氧化物、IVA族硫化物、VIB族氧化物、或VIB族硫化物。
本實施方式的光學元件可透過將無機複合材料（2）與主體層（1）的原料混合後射出成形而取得，而其可為一光學鏡片或一光學貼膜，但不以此為限。一般而言，主體層（1）可為透光材質所製成的，如：光學透明樹脂（optical clear resin），光學透明樹脂可分為熱固性樹脂（如：烯丙基二甘醇二碳酸酯（diallyl 2,2'-oxydiethyl dicarbonate）、不飽和聚酯、或聚氨酯（polyurethane，PU））或熱塑性樹脂（如：聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）或聚碳酸酯（polycarbonate，PC））。於一實施樣態中，IVA族氧化物為二氧化錫或二氧化鉛，IVA族硫化物為二硫化錫或二硫化鉛，VIB族氧化物為二氧化鎢或二氧化鉬，VIB族硫化物為二硫化鎢或二硫化鉬。於一實施樣態中，以無機複合材料（2）總莫爾數計，第一組分占10至90mol％，第二組分占10至90mol％；較佳地，以無機複合材料（2）總莫爾數計，第一組分占20至40mol％，第二組分占60至80mol％。如前所述，可透過調整第一組分與第二組分的比例來調控無機複合材料（2）的能隙寬度與調整其光譜的吸收範圍。於一實施樣態中，無機複合材料（2）的能隙寬度為超過2.52eV，但未滿3.14eV。
根據以上發現，又揭示如圖2所示之本發明另一實施方式的光學元件，所述光學元件包括：一基材層（3）、一設置於基材層（3）上的主體層（1）、以及一混合於主體層（1）內的無機複合材料（2），無機複合材料（2）包括：一第一組分及一第二組分，第一組分包含：氧化鋅，第二組分為與第一組分異質接合地結合且包含：IVA族氧化物、IVA族硫化物、VIB族氧化物、或VIB族硫化物。
本實施方式的光學元件可透過將無機複合材料（2）與主體層（1）的原料混合後塗佈於基材層（3）上而取得，而其可為一光學鏡片或一光學貼膜，但不以此為限。一般而言，基材層（3）可為透光材質所製成，如：玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯。一般而言，主體層（1）可為透光材質所製成的，如：光學透明樹脂，光學透明樹脂可分為熱固性樹脂（如：烯丙基二甘醇二碳酸酯、不飽和聚酯、或聚氨酯）或熱塑性樹脂（如：聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯）。於一實施樣態中，IVA族氧化物為二氧化錫或二氧化鉛，IVA族硫化物為二硫化錫或二硫化鉛，VIB族氧化物為二氧化鎢或二氧化鉬，VIB族硫化物為二硫化鎢或二硫化鉬。於一實施樣態中，以無機複合材料（2）總莫爾數計，第一組分占10至90mol％，第二組分占10至90mol％；較佳地，以無機複合材料（2）總莫爾數計，第一組分占20至40mol％，第二組分占60至80mol％。如前所述，可透過調整第一組分與第二組分的比例來調控無機複合材料（2）的能隙寬度與調整其光譜的吸收範圍。於一實施樣態中，無機複合材料（2）的能隙寬度為超過2.52eV，但未滿3.14eV。
於此，關於上述任一實施方式之無機複合材料（2）的製備方法於下文進行詳細說明：
首先，配置一第一組分的前驅物溶液。於一實施樣態中，將一第一組分的前驅物添加至一第一溶劑並攪拌溶解來取得第一組分的前驅物溶液。而且，第一組分之前驅物的實例可為硝酸鋅，但不以此為限；第一溶劑的實例可為水，但不以此為限。
接著，添加第二組分至第一組分的前驅物溶液以得到一混合液。於一實施樣態中，將第二組分添加至一第二溶劑並均勻分散以取得一第二組分的均勻分散液後，將第二組分的均勻分散液滴入至第一組分的前驅物溶液來取得混合液。而且，第二溶劑的實例可為水，但不以此為限。
然後，添加一鹼類至混合液，並於一溫度下靜置使第二組分與第一組分異質接合地結合而形成一無機複合材料（2）。而，鹼類的實例可為氫氧化鈉，但不以此為限。原則上，靜置溫度與靜置時間不受任何限制，能使第二組分與第一組分異質接合地結合即可。舉例而言，靜置溫度為20至30℃，靜置時間為6至10小時。
再者，清洗無機複合材料（2）。於一實施樣態中，將一清洗液添加至無機複合材料（2）並離心分離出無機複合材料（2）。而，清洗液的實例可為乙醇與水的混合溶液，但不以此為限。原則上，清洗次數不受任何限制，能去除無機複合材料（2）的雜質即可。舉例而言，清洗次數為3至4次。
最後，乾燥無機複合材料（2）。於一實施樣態中，將無機複合材料（2）靜置於一高溫溫度下。原則上，高溫靜置的溫度與時間不受任何限制，能去除無機複合材料（2）的水分或液體即可。舉例而言，高溫靜置的溫度為90至110℃，高溫靜置的時間為1.5至2.5小時。
茲以下述實施例，例示說明以上的實施方式：
＜製備例1：氧化鋅奈米粒子的製備＞
於此利用沉澱法製作出氧化鋅奈米粒子，其於光譜的光學吸收限位於380nm左右（能隙寬度約為3.37eV），而其製作過程如下：將硝酸鋅與去離子水加入至燒杯，並於室溫（25℃）下利用磁石攪拌1小時以得到0.1M硝酸鋅溶液。之後，滴入氫氧化鈉（硝酸鋅與氫氧化鈉的莫爾比為1：2）攪拌1小時後，分別於室溫下（25℃）靜置0、8與24小時。接著，加入乙醇並以轉速6,000rpm離心10分鐘，以此清洗方法重複3次來去除雜質。最後，將得到的白色沉澱物放入100℃烘箱內持溫2小時，即可得到氧化鋅奈米粒子。
＜製備例2：二硫化錫的製備＞
二硫化錫的能隙寬度約為2.2eV，其製備方式過程如下：首先，將0.7g的四氯化錫、0.45g的硫代乙醯胺及16ml去離子水加入至燒杯中，並於室溫（25℃）下攪拌1小時後，將所得的混合液置於高壓釜中並放進190℃烘箱持溫6小時。接著，降溫至室溫（25℃）後加入去離子水並離心15分鐘，以此清洗方式清洗純化3次。最後，將得到的黃色沉澱物置入100℃烘箱烘乾4小時。
＜製備例3：ZnO/SnS 2複合材料的製備＞
透過設計鋅與錫的莫爾比例來調整ZnO/SnS 2複合材料的能隙結構，使其能兼具吸收藍光與紫外光的特性，其製作方法如下：於燒杯中加入硝酸鋅與100ml去離子水並經攪拌1小時以製備硝酸鋅水溶液。將製備例2得到的二硫化錫均勻分散於去離子水中後，滴入至所製備的硝酸鋅水溶液並攪拌1小時取得混合液。之後，加入氫氧化鈉至混合液中並攪拌1小時。接著，於室溫下將混合液靜置8小時後，加入去離子水及乙醇（重量比1：1）並放入離心機中離心10分鐘，重複進行3次。最後，將離心的沉澱物置於100℃烘箱內2小時即得到ZnO/SnS 2複合材料。
氧化鋅與二硫化錫均具備低毒性、低成本與高地球蘊含量等特性，故可解決大規模生產與環保需求等議題。所得的ZnO/SnS 2複合材料為氧化鋅與二硫化錫結合的，因整體結構穩定且製造成本低，期待取代現有作為抗藍光或抗紫外光材料的有機染料或氧化物薄膜。所得的複合材料為於室溫下製備的，故造成多缺陷與低結晶度，使得光穿透率降低。另外，所得的複合材料尺寸較大，亦會影響光穿透率程度。而且，其氧空缺會造成能隙窄化，從而導致光譜紅移。
＜分析例1：X光繞射分析＞
所得的ZnO/SnS 2複合材料主要結構由氧化鋅與二硫化錫構成，且如製備例3所述採用化學沉澱法製得。下文以x mol％-ZnO/SnS 2組合物表示氧化鋅的不同莫爾分率，其中x為0至100，氧化鋅與二硫化錫的莫爾分率總和為100％。如圖3所示，於不同氧化鋅的莫爾分率下，能改變ZnO/SnS 2複合材料的能隙寬度。具體而言，於0mol％-ZnO/SnS 2組合物中，能隙寬度為2.52eV；而於100mol％-ZnO/SnS 2組合物中，能隙寬度則提升至3.14eV。根據Mac Plank公式換算，ZnO/SnS 2複合材料的光吸收波長介於395至492nm，吸收範圍相當於紫外光至藍光。由此可知，ZnO/SnS 2複合材料可透過調整氧化鋅與二硫化錫之異質結構介面的能隙寬度來視需求地調整其吸收藍光與紫外光的效率。
＜分析例2：化學分析電子光譜儀分析＞
除了透過摻雜改變氧化鋅之導帶與價帶間的相對位置外，氧化鋅與二硫化錫之間形成的異質結構亦會改變ZnO/SnS 2複合材料的能隙寬度。一般而言，當兩種不同半導體緊密接觸連接時，會形成不同介面。於異質接合結構中，兩種不同半導體的結合不僅可利用能隙寬度的差異改變光譜的吸收範圍，還可利用載子於介面的流動來提升電子電洞分離，從而降低電子電洞再結合機率。許多寬能隙半導體，如：氧化鋅、二氧化鈦，僅能吸收紫外光，但無法吸收藍光波段，因此利用兩種不同半導體形成異質介面來改變吸收範圍為改善的手段之一。也就是說，適當的異質結構可延伸光吸收範圍，改善表面電荷轉移效率。所得的複合材料利用化學方式進行原位（ in-situ）合成直接於氧化鋅表面上成核並成長，呈現均勻覆蓋型態。由於二硫化錫均勻分布於氧化鋅表面，原位手段可使電荷轉移機制更容易進行。
使用化學分析電子光譜儀（electron spectroscopy for chemical analysis）評估所得之複合材料的化學鍵結型態，圖4（A）與4（B）為所得之複合材料的O 2-鍵結能分析結果。O鍵結能分為3種：（1）O 1s（530.2eV）：O 2-離子於氧化鋅的六方相纖鋅礦中與Zn 2+離子的鍵結；（2）O 1s（531.8eV）：氧化鋅中氧不足的區域，亦即O 2-離子所形成的鍵結（氧空缺Vo）；（3）O 1s（533.4eV）：氧化鋅表面的氧斷鍵（loosely bound oxygen）。第二種鍵結能，亦即531.8eV，其強度與氧空缺濃度有關聯，表示此特徵峰的強度變化表示氧空缺濃度變化。故，經比較圖4（A）與4（B）可知，當二硫化錫含量增加時，所得複合材料之整體的氧空缺濃度則增加。
＜分析例3：穿透式電子顯微鏡分析＞
利用穿透式電子顯微鏡觀察所得之複合材料的異質接面顯微組織，且同時採用能量散射X射線譜（EDS Mapping）評估鋅與錫等原子的分布狀態。如圖5（A）至5（E）所示，純二硫化錫、20mol％-ZnO/SnS 2組合物、40mol％-ZnO/SnS 2組合物、60mol％-ZnO/SnS 2組合物、及80mol％-ZnO/SnS 2組合物中的二硫化錫晶面間距分別為0.314nm、0.3149nm、0.3154nm、0.3157nm及0.3162nm；表示說隨著氧化鋅濃度增加，二硫化錫的晶面間距亦會增加，此變化可能為氧離子摻雜至二硫化錫所導致的。而，氧化鋅的晶面間距維持於0.264nm左右；具體而言，純氧化鋅、80mol％-ZnO/SnS 2組合物、60mol％-ZnO/SnS 2組合物、40mol％-ZnO/SnS 2組合物、及20mol％-ZnO/SnS 2組合物中的氧化鋅晶面間距分別為0.2638nm、0.2634nm、0.2629nm、0.2624nm與0.2627nm，此些微變化可能為隨著二硫化錫含量增加，造成氧空缺增加，進而使晶面間距降低。從圖5（C）的繞射圖形照片可觀察到氧化鋅的(0002)晶面以及二硫化錫的(001)與(101)等晶面。利用能量散射X射線譜可得元素分布圖（如圖5（D）與5（E）），可看出鋅原子與錫原子均勻分布，且隨著氧化鋅與二硫化錫的莫爾比例不同有所變化。
＜分析例4：吸收光譜分析＞
由光致發光光譜可觀察到，隨著二硫化錫含量增加，氧化鋅的邊緣發射（near band emission）有往更長波長移動的趨勢，而二硫化錫的邊緣發射則有些微往更低波長移動的趨勢。由於邊緣發射現象為導帶與價帶的電子電洞再結合現象，其代表著氧化鋅與二硫化錫的能隙寬度。由此可知，所得之ZnO/SnS 2複合材料的能隙寬度會隨氧化鋅與二硫化錫的莫爾比例不同而有所變化，此現象說明所得的複合材料為能隙寬度可調的材料。
由圖6（A）與6（B）的吸收光譜分析結果圖可知，於所得之複合材料中的二硫化錫濃度增加下，其紫外光穿透與吸收波段會發生紅移（red shift）現象，使複合材料的光吸收範圍發生變化，進而達到可吸收藍光波段效果。上述現象證實所得的複合材料可透過調整氧化鋅與二硫化錫間的莫爾比例來作為能隙寬度可調的材料，以應用於抗藍光與抗紫外光的光學元件（例如：光學鏡片或光學貼膜）。
＜分析例5：光學穿透率分析＞
表1至10分別列出製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料與物理混合方式所得之ZnO/SnS 2混合材料於不同氧化鋅莫爾比例下的不同光波長穿透率以及純氧化鋅與純二硫化錫的不同光波長穿透率。
表11、12分別將表1至10的結果歸納成紫外光穿透率、藍光穿透率、與可見光穿透率等光學性質。製備例3採用化學沉澱法製得之20mol％-ZnO/SnS 2組合物與40mol％-ZnO/SnS 2組合物均具有低的紫外光與藍光穿透率，且製作成本低。此外，於同樣含40mol％氧化鋅下，製備例3採用化學沉澱法所得的複合材料可過濾約100％的紫外光，約95.5％的藍光；物理混合所得的混合材料則僅可過濾約98.7％的紫外光，約91.8％的藍光。由此可知，化學沉澱法所得的複合材料確實較物理混合所得的混合材料光學性質上為優異。 表1、純氧化鋅於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 5.78 500 8.34 600 9.71 700 11.33
310 0 410 6.65 510 8.46 610 9.87 710 11.49
320 0 420 6.97 520 8.59 620 10.04 720 11.63
330 0 430 7.22 530 8.72 630 10.22 730 11.75
340 0 440 7.43 540 8.85 640 10.38 740 11.88
350 0 450 7.61 550 8.99 650 10.54 750 12.04
360 0 460 7.77 560 9.12 660 10.71 760 12.18
370 0 470 7.92 570 9.26 670 10.86 770 12.32
380 1.22 480 8.07 580 9.40 680 11.02 780 12.51
390 3.66 490 8.21 590 9.56 690 11.17 790 12.66
表2、純二硫化錫於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 0 500 3.49 600 17.77 700 27.91
310 0 410 0 510 4.89 610 18.97 710 28.41
320 0 420 0 520 6.49 620 20.14 720 29.16
330 0 430 0 530 8.17 630 21.30 730 29.98
340 0 440 0 540 9.81 640 22.44 740 30.75
350 0 450 0 550 11.35 650 23.51 750 31.51
360 0 460 0 560 12.79 660 24.51 760 32.27
370 0 470 0 570 14.12 670 25.48 770 33.00
380 0 480 1.46 580 15.37 680 26.51 780 33.73
390 0 490 2.34 590 16.57 690 27.39 790 34.47
表3、製備例3所得之80mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 4.34 500 10.55 600 14.47 700 16.84
310 0 410 4.92 510 11.05 610 14.75 710 17.15
320 0 420 5.51 520 11.59 620 15.01 720 17.26
330 0 430 6.14 530 12.13 630 15.25 730 17.55
340 0 440 6.86 540 12.58 640 15.47 740 17.70
350 0 450 7.56 550 12.99 650 15.73 750 18.05
360 0 460 8.18 560 13.36 660 15.90 760 18.26
370 1.85 470 8.82 570 13.66 670 16.11 770 18.51
380 2.96 480 9.42 580 13.92 680 16.36 780 18.72
390 3.71 490 9.93 590 14.19 690 16.56 790 18.84
表4、製備例3所得之60mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 4.12 500 12.65 600 18.48 700 21.62
310 0 410 4.92 510 13.45 610 18.81 710 21.91
320 0 420 5.73 520 14.24 620 19.22 720 22.15
330 0 430 6.65 530 15.03 630 19.57 730 22.45
340 0 440 7.58 540 15.68 640 19.86 740 22.62
350 0 450 8.51 550 16.32 650 20.25 750 22.90
360 0 460 9.38 560 16.81 660 20.49 760 23.19
370 1.26 470 10.23 570 17.27 670 20.68 770 23.44
380 2.55 480 11.07 580 17.67 680 20.99 780 23.78
390 3.37 490 11.85 590 18.06 690 21.26 790 24.10
表5、製備例3所得之40mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 1.38 500 9.94 600 17.15 700 22.27
310 0 410 1.81 510 10.95 610 18.30 710 22.75
320 0 420 2.39 520 12.00 620 18.75 720 23.03
330 0 430 3.12 530 12.97 630 19.26 730 23.44
340 0 440 3.97 540 13.88 640 19.74 740 23.77
350 0 450 4.95 550 14.67 650 20.23 750 24.24
360 0 460 5.88 560 15.41 660 20.59 760 24.51
370 0 470 6.88 570 16.05 670 20.99 770 24.88
380 0 480 7.88 580 16.66 680 21.37 780 25.29
390 1.00 490 8.89 590 17.18 690 21.84 790 25.58
表6、製備例3所得之20mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 0 500 5.42 600 15.66 700 22.33
310 0 410 0 510 6.65 610 16.40 710 22.92
320 0 420 0 520 7.92 620 17.10 720 23.39
330 0 430 0 530 9.24 630 17.86 730 24.02
340 0 440 0 540 10.41 640 18.53 740 24.53
350 0 450 1.00 550 11.53 650 19.2 750 25.06
360 0 460 1.59 560 12.44 660 19.84 760 25.63
370 0 470 2.34 570 13.30 670 20.46 770 26.10
380 0 480 3.25 580 14.11 680 21.02 780 26.71
390 0 490 4.27 590 14.90 690 21.63 790 27.04
表7、物理混合方式所得之80mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 4.82 500 8.68 600 10.72 700 10.32
310 0 410 5.35 510 8.94 610 10.76 710 9.84
320 0 420 5.90 520 9.30 620 10.82 720 9.78
330 0 430 6.33 530 9.57 630 10.88 730 9.79
340 0 440 6.73 540 9.90 640 10.95 740 9.74
350 0 450 7.11 550 10.09 650 10.98 750 9.69
360 0 460 7.50 560 10.20 660 10.89 760 9.71
370 0 470 7.76 570 10.37 670 10.98 770 9.79
380 2.27 480 8.08 580 10.48 680 10.91 780 9.89
390 4.00 490 8.41 590 10.56 690 10.97 790 9.87
表8、物理混合方式所得之60mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 2.70 500 9.62 600 14.50 700 15.55
310 0 410 3.28 510 10.28 610 14.72 710 15.27
320 0 420 3.92 520 11.05 620 14.97 720 15.33
330 0 430 4.54 530 11.78 630 15.18 730 15.39
340 0 440 5.28 540 12.35 640 15.41 740 15.45
350 0 450 6.03 550 12.91 650 15.47 750 15.61
360 0 460 6.81 560 13.27 660 15.58 760 15.72
370 0 470 7.50 570 13.67 670 15.80 770 15.91
380 1.49 480 8.17 580 13.93 680 15.87 780 16.02
390 2.10 490 8.92 590 14.23 690 16.06 790 16.11
表9、物理混合方式所得之40mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 3.99 500 14.56 600 21.54 700 23.60
310 0 410 4.91 510 15.57 610 21.94 710 23.28
320 0 420 5.86 520 16.52 620 22.24 720 23.41
330 0 430 6.87 530 17.46 630 22.59 730 23.59
340 0 440 8.06 540 18.31 640 22.90 740 23.78
350 0 450 9.21 550 19.07 650 23.10 750 23.98
360 1.02 460 10.29 560 19.70 660 23.44 760 24.20
370 1.44 470 11.41 570 20.25 670 23.67 770 24.38
380 2.34 480 12.47 580 20.68 680 23.94 780 24.59
390 3.16 490 13.57 590 21.12 690 24.25 790 24.76
表10、物理混合方式所得之20mol％-ZnO/SnS 2組合物於不同光波長下的穿透率
波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％） 波長（nm） 穿透率（％）
300 0 400 6.35 500 24.93 600 33.88 700 36.27
310 0 410 8.04 510 26.35 610 34.21 710 36.11
320 0 420 9.86 520 27.73 620 34.57 720 36.33
330 0 430 11.87 530 28.94 630 34.91 730 36.51
340 0 440 14.09 540 30.00 640 35.32 740 36.67
350 0 450 16.17 550 30.88 650 35.58 750 36.85
360 1.60 460 18.09 560 31.60 660 35.78 760 37.06
370 2.48 470 19.99 570 32.30 670 36.17 770 37.30
380 3.59 480 21.69 580 32.78 680 36.40 780 37.47
390 4.88 490 23.40 590 33.33 690 36.63 790 37.69
表11、製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料、純氧化鋅與純二硫化錫於紫外光與藍光下的穿透率
樣品 紫外光A與B穿透率（％） （300nm至370nm） 藍光穿透率（％） （380nm至500nm） 可見光穿透率（％） （380nm至790nm）
純ZnO 0 6.68 9.33
異質接合 80mol％-ZnO/SnS 2 0.23 6.83 12.83
異質接合 60mol％-ZnO/SnS 2 0.15 7.58 15.97
異質接合 40mol％-ZnO/SnS 2 0 4.46 14.91
異質接合 20mol％-ZnO/SnS 2 0 1.37 13.18
純SnS 2 0 0.56 15.38
表12、物理混合所得之ZnO/SnS 2混合材料、純氧化鋅與純二硫化錫於紫外光與藍光下的穿透率
樣品 紫外光A與B穿透率（％） （300nm至370nm） 藍光穿透率（％） （380nm至500nm） 可見光穿透率（％） （380nm至790nm）
純ZnO 0 6.68 9.33
物理混合 80mol％-ZnO/SnS 2 0 6.38 9.03
物理混合 60mol％-ZnO/SnS 2 0 5.41 11.75
物理混合 40mol％-ZnO/SnS 2 1.23 8.20 17.72
物理混合 20mol％-ZnO/SnS 2 2.04 14.07 28.06
純SnS 2 0 0.56 15.38
以上實施例利用化學沉澱法合成出ZnO/SnS 2複合材料，而依晶體結構分析可知，複合材料中之二硫化錫的特徵峰有往低角度移動的趨勢，這表示推測有O 2-摻雜進二硫化錫。此外，由穿透式電子顯微鏡結果可知，二硫化錫的含量增加會改變複合材料形貌，且氧化鋅與二硫化錫緊密接觸形成異質介面。
依光致發光分析結果，可知所得之ZnO/SnS 2複合材料的能隙寬度具備可調性，且紫外光放射強度降低，表示形成異質介面。另由光學分析可知，所得之ZnO/SnS 2複合材料隨著二硫化錫含量比例的增加，紫外光的穿透及吸收光譜產生紅移現象，進而吸收波長390至480nm的藍光波段。如此一來，可透過改變氧化鋅與二硫化錫的含量比例來調控能隙寬度，以達調控吸收不同光波段的目的。
利用物理混合所得的ZnO/SnS 2混合材料作為對照組，其未出現紫外光譜紅移現象。經由影像分析結果可知，物理混合所得的ZnO/SnS 2混合材料為二硫化錫堆積於氧化鋅表面，僅形成少量異質介面，因此無法使光譜產生位移。
綜上所述，本實施方式提出無機複合材料由於第一組分與第二組分異質接合，故可透過調整第一組分與第二組分之間的莫爾比例來調整抗紫外光與抗藍光的效能，以滿足不同的光學需求。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，但不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效改變與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
（1）:主體層 （2）:無機複合材料 （3）:基材層
圖1為一剖面示意圖，呈現本發明之一實施方式的光學元件。 圖2為一剖面示意圖，呈現本發明之另一實施方式的光學元件。 圖3為一X光繞射分析結果圖，說明製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料中不同氧化鋅莫爾分率與複合材料能隙寬度的關係。 圖4（A）為一化學分析電子光譜儀結果圖，說明製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料於氧化鋅莫爾分率80％下的O 2-鍵結能分析結果。 圖4（B）為一化學分析電子光譜儀結果圖，說明製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料於氧化鋅莫爾分率20％下的O 2-鍵結能分析結果。 圖5（A）至5（E）為一系列穿透式電子顯微鏡照片圖；其中，圖5（A）為明視野照片圖，圖5（B）為高解析度照片圖，虛線表示氧化鋅與二硫化錫之間的異質介面，圖5（C）為繞射圖形照片圖，圖5（D）為鋅原子的能量散射X射線譜照片圖，圖5（E）為錫原子的能量散射X射線譜照片圖。 圖6（A）為一吸收光譜分析結果圖，說明製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料於氧化鋅莫爾分率20至80％下的光穿透率。 圖6（B）為一吸收光譜分析結果圖，說明製備例3所得之ZnO/SnS 2複合材料於氧化鋅莫爾分率10至40％下的光穿透率。

Claims (9)

  1. 一種可抗紫外光與藍光的無機複合材料，係包括：一第一組分，係包含氧化鋅；以及一第二組分，係與該第一組分異質接合地結合，且該第二組分包含：二硫化錫、二硫化鎢、或二硫化鉬；其中，以該無機複合材料總莫爾數計，該第一組分占超過0mol%而未滿100mol%，該第二組分占超過0mol%而未滿100mol%。
  2. 如請求項1所述之無機複合材料，其中以該無機複合材料總莫爾數計，該第一組分占10至90mol%，該第二組分占10至90mol%。
  3. 如請求項1所述之無機複合材料，其中以該無機複合材料總莫爾數計，該第一組分占20至40mol%，該第二組分占60至80mol%。
  4. 如請求項1所述之無機複合材料，其能隙寬度為超過2.52eV，但未滿3.14eV。
  5. 一種光學元件，係包括：一主體層；以及一如請求項1所述之無機複合材料，係混合於該主體層內。
  6. 一種光學元件，係包括：一基材層；一主體層，係設置於該基材層上；以及一如請求項1所述之無機複合材料，係混合於該主體層內。
  7. 一種無機複合材料的製備方法，係包括：配置一第一組分的前驅物溶液，該第一組分包含氧化鋅； 添加一第二組分至該第一組分的前驅物溶液以得到一混合液，該第二組分包含：二硫化錫、二硫化鎢、或二硫化鉬；以及添加一鹼類至該混合液，並於一溫度下靜置使該第二組分與該第一組分異質接合地結合而形成一無機複合材料。
  8. 如請求項7所述之製備方法，其中該靜置溫度為20至30℃，該靜置時間為6至10小時。
  9. 如請求項7所述之製備方法，更包括：清洗該無機複合材料；以及乾燥該無機複合材料。
TW109147098A 2020-12-31 2020-12-31 可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件 TWI786504B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109147098A TWI786504B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109147098A TWI786504B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202227364A TW202227364A (zh) 2022-07-16
TWI786504B true TWI786504B (zh) 2022-12-11

Family

ID=83437118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109147098A TWI786504B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI786504B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201736271A (zh) * 2016-01-15 2017-10-16 住友化學股份有限公司 非晶質複合金屬氧化物之製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201736271A (zh) * 2016-01-15 2017-10-16 住友化學股份有限公司 非晶質複合金屬氧化物之製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202227364A (zh) 2022-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005013785B4 (de) Lichtquellenmodul und Fahrzeugscheinwerfer
CN106772746B (zh) 红外截止滤光片及其制备方法
US7374807B2 (en) Nanocrystal doped matrixes
KR101509648B1 (ko) 나노결정 도핑된 매트릭스
Amutha et al. Influence of concentration on structural and optical characteristics of nanocrystalline ZnO thin films synthesized by Sol-Gel dip coating method
JP2007524119A5 (zh)
Ponchai et al. Modifying morphology and defects of low-dimensional, semi-transparent perovskite thin films via solvent type
CN109337673B (zh) 一种二氧化钒基荧光复合材料及其应用
Bacha et al. Structural, morphological and optical properties of sprayed ZnS thin films on various substrate natures
CN107637174A (zh) 发光膜
TWI786504B (zh) 可抗紫外光與藍光的無機複合材料、其製備方法及含此材料的光學元件
JP2024520095A (ja) 二重ガラス太陽電池パネルの受光率を高めるためのフレキシブル反射材及びその調製方法と使用
Abood et al. A Comparison Study the Effect of Doping by Ga2O3 and CeO2 On the Structural and Optical Properties of SnO2 Thin Films
CN106206759B (zh) 一种太阳电池高透过率减反射膜的制备方法
KR101067718B1 (ko) 에너지 절감을 위한 유리도포식 단열재 조성물 및 이의 제조방법
CN111223951A (zh) 柔性太阳能电池挡膜及其制备方法
CN112786744B (zh) 一种平面结构二维全无机钙钛矿白光led器件的制备方法
TWI814965B (zh) 鈣鈦礦前驅物溶液及鈣鈦礦吸收層的製造方法
Ezema et al. Role of thermal annealing on the optical and solid state properties of chemically deposited cadmium sulphide nanocrystalline thin film grown in a polymer matrix
KR20190010236A (ko) 후면 반사 색상이 조절되는 유연 박막태양전지
Benattou et al. Thin film bismuth (III) sulfide/zinc sulfide composites deposited by spray pyrolysis
US3309226A (en) Photoresistors and photoelements hav- ing increased sensitivity in the short- wave region of the spectrum
Zainal et al. Characterization of Single Layer ZnO thin Films Prepared by Sol-gel Spin Coating Technique at Different Concentration
US20190252560A1 (en) Colorful thin film solar cell for minimizing reduction of efficiency
KR102165322B1 (ko) 후면 반사 색상이 조절되는 유연 박막태양전지