TWI832821B - 電磁波吸收粒子、電磁波吸收粒子分散液、電磁波吸收粒子的製造方法 - Google Patents

電磁波吸收粒子、電磁波吸收粒子分散液、電磁波吸收粒子的製造方法 Download PDF

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Abstract

提供一種電磁波吸收粒子,其包含具有氧缺陷的六方晶體的鎢青銅,上述鎢青銅由通式:Mx WO3 y (此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示,氧空孔濃度NV 為4.3×1014 cm 3 以上且8.0×1021 cm 3 以下。

Description

電磁波吸收粒子、電磁波吸收粒子分散液、電磁波吸收粒子的製造方法
本發明涉及電磁波吸收粒子、電磁波吸收粒子分散液、電磁波吸收粒子的製造方法。
根據理化學辭典第5版,光被定義為「將波長位於大約1nm~1mm的範圍內的電磁波稱為光」。該波長範圍包括可視光範圍和紅外線範圍。
作為窗戶材料等中使用的遮光部件,專利文獻1中提出了一種含有黑色系顏料的遮光膜,該黑色系顏料包括在可視光範圍至近紅外線範圍內具有吸收作用的碳黑、鈦黑等的無機顏料、以及僅在可視光範圍內具有較強吸收作用的苯胺黑等的有機顏料等。
此外,專利文獻2中提出了一種蒸鍍了鋁等的金屬的半鏡型遮光部件。
專利文獻3中提出了一種隔熱玻璃,其中,在透明玻璃基板上,從基板側開始作為第1層設置了含有從由週期表的IIIa族、IVa族、Vb族、VIb族、及VIIb族組成的群中選出的至少1種金屬離子的複合鎢氧化物膜,在上述第1層上作為第2層設置了透明介電體膜,在該第2層上作為第3層設置了含有從由週期表的IIIa族、IVa族、Vb族、VIb族、及VIIb族組成的群中選出的至少1種金屬離子的複合鎢氧化物膜,並且藉由使上述第2層的透明介電體膜的折射率低於上述第1層和上述第3層的複合鎢氧化物膜的折射率,可優選應用於要求較高可視光透射率和良好隔熱性能的部位。
專利文獻4中提出了一種隔熱玻璃,其中,藉由與專利文獻3同樣的方法,在透明玻璃基板上,從基板側開始作為第1層設置了第1介電體膜,在該第1層上作為第2層設置了鎢氧化物膜,並且在該第2層上作為第3層設置了第2介電體膜。
專利文獻5中提出了一種隔熱玻璃,其中,採用與專利文獻3同樣的方法,在透明基板上,從基板側開始作為第1層設置了含有同樣的金屬元素的複合鎢氧化物膜,並且在該第1層上作為第2層設置了透明介電體膜。
專利文獻6中提出了一種具有太陽光遮蔽特性的太陽光控制玻璃片,其藉由如下方式形成,即,藉由CVD法或噴霧法,被覆從含有氫、鋰、鈉、或鉀等的添加材料的三氧化鎢(WO3 )、三氧化鉬(MoO3 )、五氧化鈮(Nb2 O5 )、五氧化鉭(Ta2 O5 )、五氧化釩(V2 O5 )、及二氧化釩(VO2 )的1種以上中選出的金屬氧化物膜,並且在250℃左右的溫度下進行熱分解。
另外,申請人在專利文獻7中還公開了一種藉由紅外線材料微粒子分散在了介質(medium)中而成的紅外線遮蔽材料微粒子分散體,該紅外線材料微粒子含有鎢氧化物微粒子或/和複合鎢氧化物微粒子,該紅外線材料微粒子的分散粒徑為1nm以上且800nm以下。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本國特開2003-029314號公報 〔專利文獻2〕日本國特開平9-107815號公報 〔專利文獻3〕日本國特開平8-59300號公報 〔專利文獻4〕日本國特開平8-12378號公報 〔專利文獻5〕日本國特開平8-283044號公報 〔專利文獻6〕日本國特開2000-119045號公報 〔專利文獻7〕國際公開第2005/037932號 〔非專利文獻〕
〔非專利文獻1〕A. D. Walkingshaw, N. A. Spaldin, and E. Artacho, Density-functional study of charge doping in WO3, Phys. Rev. B 70 (2004) 165110-1-7 〔非專利文獻2〕J. Oi, A. Kishimoto., T. Kudo, and M. Hiratani, Hexagonal tungsten trioxide obtained from peroxo-polytungstate and reversible lithium electro-intercalation into its framework, J. Solid State Chem. 96 (1992) 13
[本發明欲解決之課題]
然而,近年來,例如在降低汽車用玻璃等的日射(太陽輻射)透射率的同時,還要求提高各種紅外線傳感器中使用的、波長為850nm的近紅外線範圍的電磁波的透射率。
上述專利文獻7中公開了可對紅外線範圍的電磁波進行吸收的鎢氧化物微粒子或/和複合鎢氧化物微粒子。但並沒有公開在降低日射透射率的同時,如何選擇各種紅外線傳感器等中使用的、波長為850nm付近的近紅外線的透射率較優的複合鎢氧化物的指南。
於本發明的一方面,以提供一種不僅可抑制日射透射率而且波長為850nm的近紅外線的透射特性也較優的電磁波吸收粒子為目的。 [用於解決課題之手段]
於本發明的一方面,提供一種電磁波吸收粒子,其包含具有氧缺陷的六方晶體的鎢青銅,其中, 上述鎢青銅由通式:Mx WO3 y (此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示, 氧空孔濃度NV 為4.3×1014 cm 3 以上且8.0×1021 cm 3 以下。 [本發明之效果]
於本發明的一方面,能夠提供一種不僅可抑制日射透射率而且波長為850nm的近紅外線的透射特性也較優的電磁波吸收粒子。
[電磁波吸收粒子] 本實施方式中,對電磁波吸收粒子的一構成例進行說明。
本實施方式的電磁波吸收粒子可包含具有氧缺陷(oxygen defect)的六方(hexagonal)晶體的鎢青銅(tungsten bronze)。 此外,該鎢青銅由通式:Mx WO3 y (此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示,氧空孔濃度NV 可為4.3×1014 cm 3 以上且8.0×1021 cm 3 以下。
以往,作為鎢青銅提出了六方晶體的Mx WO3 。六方晶體的鎢青銅中,具有在「作為基本單位的WO6 (W:鎢;O:氧)的八面體被形成為在其角部進行了連接的基本骨架」的較大的六角形隧道(hexagonal tunnel)的間隙內插入了作為鹼金屬等的元素M的離子之結構。
可侵入六角形隧道的元素M的原子數的最大值相對於W為0.33,實際應用上已經指向了該值。
另一方面,關於鎢青銅的氧缺陷,還沒有被確切掌握。為此,就鎢青銅而言,與製作方法無關地,固定了用於表示氧的全化學計量比(full-stoichiometric ratio)的Mx WO3 的化學式。即,一般的理解為,鎢青銅結構中氧缺陷基本為零,即使存在也是少量。
然而,在元素M沒有進入的原型的氧化鎢(WO3 )中,存在如下報告,即,藉由還原處理容易生成氧的化學計量比下降了的WO3 x ,並且示出了基於還原的程度的不同而不同的晶體結構、導電性、及光學特性。另外,在被稱為所謂的Magneli相的WO3 x 中,化學計量比的偏差並不是由氧空孔而是由被稱為Crystallographic shear plane(晶體學剪切面)的W-rich的面缺陷進行補償。
就鎢青銅而言,目前為止還沒有對氧缺陷的存在和與其結構的關係進行定量研究的一個原因可被認為是,與氧化鎢的情況不同,藉由TEM(透射電子顯微鏡)等不能顯著地觀察到這樣的面缺陷的存在。
作為製作可抑制日射透射率且波長為850nm的近紅外線的透射特性也較優的電磁波吸收粒子的手法,本發明的發明人著眼於氧缺陷,並且進行了研究。
本發明的發明人在還原性較強的環境中試作了一系列的六方晶體Mx WO3 後,對其組成(成分)進行了分析,並且對晶體結構和光學特性進行了研究。其結果為,發現了鎢青銅中可導入非常多的氧缺陷。為此,將鎢青銅表示為通式:Mx WO3 y
根據本發明的發明人的研究可知,藉由在鎢青銅中導入元素M,並且導入氧缺陷,可降低日射透射率。
本發明的發明人發現了,藉由導入並增加元素M、以及導入並增加氧缺陷,自由電子和局部電子的量會變多。更具體而言發現了,藉由元素M的導入和增加,僅可增加自由電子的放出(供出)量。另一方面,藉由氧缺陷的導入和增加,能以大致2:8的比例放出自由電子和局部電子。
故,藉由元素M的導入和增加、以及氧缺陷的導入和增加,電漿(plasma(等離子體))吸收(plasmon absorption)作用和極子吸收(polaron absorption)作用都會變大,電磁波吸收效果也會變大。即,可對日射透射率進行抑制。
根據本發明的發明人的研究可知,鎢青銅的電漿吸收作用和極子吸收作用出現於近紅外線範圍即0.5eV以上且1.8eV以下(690nm以上且2480nm以下)的範圍。
電漿吸收作用出現於比極子吸收作用稍低一點的能量,鎢青銅的極子躍遷波長(transition wavelength)位於1.0eV以上且1.8eV以下(690nm以上且1240nm以下)的可視光範圍的紅色~近紅外線範圍的付近。故,為了抑制日射透射率並提高波長為850nm的近紅外線的透射率,優選對極子吸收進行抑制。
另外,根據本發明的發明人的研究還可知,若減少氧缺陷的量,則可抑制極子吸收,為此,優選進行控制以使氧缺陷不宜過多。
故,本實施方式的電磁波吸收粒子可包括具有氧缺陷的六方晶體的鎢青銅。需要說明的是,本實施方式的電磁波吸收粒子也可由該鎢青銅構成。 此外,該鎢青銅由通式:Mx WO3 y 表示,氧空孔濃度(氧空孔密度)NV 可為4.3×1014 cm 3 以上。
氧空孔濃度較少可提高波長為850nm的近紅外線的透射率。然而,就NV 而言,在其溫度下無法降低不可避免地存在的熱平衡氧空孔濃度。此處,鎢青銅中的熱平衡空孔濃度可推定為大約4.3×1014 cm 3 。即使在NV 的下限值的4.3×1014 cm 3 的情況下,來自鹼離子的自由電子也會引發電漿吸收作用,故可充分降低日射透射率。另一方面,若過多地導入氧缺陷,則存在波長為850nm的近紅外線的透射率會下降的可能性。為此,氧空孔濃度優選為8.0×1021 cm 3 以下。另外,較佳的氧空孔濃度為4.0×1021 cm 3 以上且8.0×1021 cm 3 以下。
可根據本實施方式的電磁波吸收粒子所含的鎢青銅的組成和晶格常數計算氧空孔濃度。
如上所述,就鎢青銅整體的組成中的氧缺陷而言,可由前述的通式中的y表示。然而,Jahn-Teller效應會導致鎢青銅的晶格發生形變,故單位晶胞體積也會基於x和/或y進行變化。據此,為了製作可抑制日射透射率且波長為850nm的近紅外線的透射特性也較優的電磁波吸收粒子,不只是y的值,還需要使氧空孔濃度也滿足上述範圍。
需要說明的是,在要進一步提高波長為850nm的近紅外線的透射率的情況下,另一種方法是對電漿吸收也一起進行抑制。此情況下,優選為,除了上述的氧缺陷和氧空孔濃度之外,還對元素M的添加量也進行調整,以使波長為850nm的近紅外線的透射率位於預期的範圍。
表示本實施方式的電磁波吸收粒子所含的鎢青銅的上述通式中的元素M可包含從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上。其原因在於,藉由元素M包含從K、Rb、及Cs中選出的1種以上,可容易獲得六方晶體的鎢青銅結構。
此外,元素M也還可包含從Na、Tl、In、Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、及Ga中選出的1種以上,作為添加元素。
上述通式中作為元素M相對於W的比(原子數比)的、表示元素M的添加量的x可為0.15以上且0.33以下。其原因在於,在六角形隧道的間隙都被元素M占有的情況下,x為0.33。此外,藉由使x為0.15以上,可充分抑制日射透射率,為優選。
另外,上述通式中作為O相對於W的比(原子數比)的3-y中的、表示氧缺陷的量的y可為大於0。其原因在於,藉由導入氧缺陷,可充分抑制日射透射率,為優選。然而,若使氧缺陷過多,則存在會發生向WO2 等的低級氧化物和/或金屬W的分解,導致難以維持六方晶體的結晶骨架的可能性。此外,還存在波長為850nm的近紅外線的透射率也會過低的可能性。為此,為了切實地維持六方晶體的結晶骨架,並且為了提高波長為850nm的近紅外線的透射率,用於表示氧缺陷的y優選為0.46以下。
另外,本發明的發明人還進行了進一步的研究並發現,元素M的添加量和/或氧缺陷的量與鎢青銅的晶體的晶格常數具有相關性。
鎢青銅中,d電子不完全充滿,從而具有晶體各向異性(異方性),故W-5d與O-2p形成反鍵結混成軌域(anti-bonding hybrid orbital)時,為了補償結晶能量的增加,會發生元素M和O的原子位置進行微小量變化的所謂的Jahn-Teller形變。
作為鎢青銅的原型的三氧化鎢(WO3 )中,Jahn-Teller效應會導致本應成為立方晶體的晶體變形為單斜晶體。Walkingshaw等藉由DFT(density functional theory:密度泛函理論)計算已經示出了,若將電子供給至該W-5d/O-2p反鍵結混成軌域,則可使Jahn-Teller形變緩和,並且會引起晶體結構和晶格常數系統地進行變化(非專利文獻1)。他們的計算結果再現了以往藉由實驗所觀察到的Nax WO3 的晶體結構變化、即、x從0增加至1時晶體結構從單斜晶體變為斜方晶體、正方晶體、及立方晶體的變化。
本發明的發明人認為該現象同樣也會出現在六方晶體的鎢青銅中。在具有六方晶體的由通式Mx WO3 y 表示的鎢青銅中的元素M包含從K、Rb、及Cs中選出的1種以上的情況下,該元素M的離子半徑較大,故元素M的離子會收容在由WO6 八面體進行六角對稱排列而形成的較大的六角形隧道的空隙內。因此,此時在構成鎢青銅的WO6 八面體所形成的骨架中,當然也應保持Jahn-Teller形變。
故,在具有六方晶體的由通式Mx WO3 y 表示的鎢青銅中,針對使元素M的添加量x和氧缺陷的量y變化時的結構變化,採用XRD圖案(pattern)並藉由里特維爾德法(Rietveld method)精密地進行了解析。結果發現了,晶格常數和W-O距離等的用於表示WO6 八面體的特性的各種參數隨元素M的添加量和氧缺陷的量的增加而趨於正八面體,即,可線性地(linearly)對Jahn-Teller形變進行緩和。
此處,圖1示出了使由通式Mx WO3 y 表示的六方晶體的鎢青銅的元素M的添加量x和氧缺陷的量y變化的情況下的晶格常數的分佈例。
圖1中,在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內,對在元素M為Cs、Rb、及K中的任一個的情況下使上述通式中的x、y變化時的晶格常數的分佈(變化)進行了表示。圖1中,虛線10為與在元素M為Cs的情況、即、在於由Csx WO3 y 表示的六方晶體的銫鎢青銅中使x、y變化了的情況下的晶格常數a、c的分佈相對應地畫出的近似直線。
虛線11、虛線12為與在元素M分別為Rb、K的情況下的同樣的晶格常數a、c的分佈相對應地畫出的近似直線。
從圖1可知,隨x、y的數值的變化,晶格常數在與元素M的種類相對應的直線上進行了變化。需要說明的是,根據本發明的發明人的研究可知,與製造方法和/或原料無關地示出了相同的舉動(behavior)。
此處,圖2示出了使Csx WO3 y 的元素M的添加量x和氧缺陷的量y變化時的晶格常數的分佈例。圖2中也與圖1的情況同樣地在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內進行了表示。
就向Csx WO3 y 的晶體的W-5d軌域放出電子以使Jahn-Teller形變緩和而言,其與元素M的離子即Cs 離子和氧缺陷VO (其量分別為上述化學式中的x、y)具有關連性。
圖2中,將使元素M即Cs的添加量x固定為0.32,並且使氧缺陷的量y從0變化至0.46時的晶格常數的分佈表示為點211~點216。即,在點211~點216處,組成由Cs0.32 WO3 y 表示。另外,該式中的3-y在點211處為3.00,在點212處為2.90,在點213處為2.80,在點214處為2.70,在點215處為2.60,並且在點216處為2.54。
此外,圖2中,將使還原條件固定為在1%的H2 -N2 的氣流中且在550℃的溫度下實施1h(小時),並且使作為元素M的Cs的添加量從0.19變化至0.32時的晶格常數的分佈表示為點221~點228。即,在點221~點228處,組成由Csx WO2.63 2.76 表示。若Cs的量減少,則即使為相同的氧缺陷量,相對於全體的摩爾比也會發生變化,故O/W變化為2.63~2.76。另外,該式中的x在點221處為0.19,在點222處為0.20,在點223處為0.22,在點224處為0.24,在點225處為0.26,在點226處為0.28,在點227處為0.30,並且在點228處為0.32。
針對上述晶格常數的分佈畫出了近似直線,由此可確認到,如圖2所示,所有的點基本都配置在直線上。
另外,還可確認到,晶格常數按照下面公式(A)進行了分佈。 c(Å)=-3.436a(Å)+33.062・・・(A) 此外,當Jahn-Teller形變較大時,向近似直線的右下側進行移動,而較小時,則向左上側進行移動。
當使氧還原時間等的還原條件為固定,並且使作為元素M的添加量的Cs的添加量增加時,在圖2中的從點221至點228、即、圖2中的區域X內發生了較大變化。
另一方面,當使作為元素M的添加量的Cs的添加量固定為0.32,並使氧缺陷的量y增加時,在圖2中的點211至點216、即、圖2中的區域Y內的較小的範圍內發生了變化。
如果要使銫鎢青銅還原,並使氧缺陷的量高於點216的情況,則會發生向低級氧化物的WO2 和/金屬W的分解,但銫鎢青銅的氧缺陷的量y與點216的情況相比不會再增加。
若對區域X和區域Y的長度進行比較,則就氧缺陷的量y從點211至點216變化了0.46時的晶格常數的變化而言,與作為元素M的添加量x的Cs的添加量從點221至點228變化了0.13時的晶格常數的變化相比,很明顯較小。具體而言,區域Y的長度是區域X的長度的1/2.6倍。
其原因在於,氧缺陷Vo 的導入所引起的自由電子的放出量小於元素M的添加所引起的自由電子的放出量。
Jahn-Teller形變僅依存於電子量,故在元素M為相同的Cs的情況下,可與任意的x、y值相對應地使用圖2所示的圖表(chart)。
例如,在使氧缺陷量固定為最大(y=0.46)的情況下,作為元素M的添加量的Cs的添加量x在0.19至0.32之間進行變化時的晶格常數的變化與圖中的點222至點216相對應。其原因在於,使作為元素M的添加量的Cs的添加量進行變化時的變化寬度、即、區域X的寬度保持不變,並且進行滑動,以使氧缺陷的含有量為最大的點216作為起點,藉此可導出晶格常數的範圍。
在使元素M的添加量即Cs的添加量x固定為0.26,並且使氧缺陷的量y在0至0.46的範圍內進行變化的情況下,藉由使區域Y的寬度保持不變,並且使區域Y滑動,以使區域Y的氧的量3-y為2.63的點與Cs的添加量x為0.26的點225相對應,可導出晶格常數的範圍。需要說明的是,在點225處,氧的量3-y為2.63,故如上所述,使區域Y滑動,以使區域Y的氧的量3-y為2.63的點去進行對應。
如上所述,鎢青銅的晶格常數與組成相對應,例如,在元素M的添加量已知的情況下,藉由測定晶格常數,可進行氧缺陷的量y的求解等。鎢青銅非常容易氧化,原料和/或製造條件也會導致氧化狀態發生微妙變化,故該方法是一種有用的方法。
在元素M為Cs的情況下,一般而言,晶格常數c優選為7.576≦c≦7.610。其中,近紅外線吸收效果最強且尤其可抑制日射透射率的區域為,元素M即Cs的添加量較多且氧缺陷的量也較多的點216附近的區域。即,晶格常數c為7.594≦c≦7.610的區域較佳。
然而,如上所述,若氧缺陷的量變多,則存在波長為850nm的電磁波的透射率會下降的可能性。故,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,較佳為進行控制,以使元素M即Cs的添加量和/或氧缺陷不宜過多。為此,在元素M為Cs的情況下,晶格常數c更佳為7.594≦c≦7.600。
此處,盡管以元素M為Cs的情況為例進行了說明,但如圖1所示,在元素M為Rb或K的情況下,若同樣地使組成進行變化,則也可使晶格常數呈直線變化。
具體而言,在元素M為Rb的情況下,沿虛線11所示的c=-3.344a+32.265的直線進行變化。此外,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,優選進行不使氧缺陷變得過多的控制,故,在元素M為Rb的情況下,晶格常數c優選為7.517≦c≦7.580,較佳為7.517≦c≦7.560。
另外,在元素M為K的情況下,沿虛線12所示的c=-2.9391a+29.227的直線進行變化。此外,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,優選進行不使氧缺陷變得過多的控制,故,晶格常數c優選為7.504≦c≦7.564,較佳為7.504≦c≦7.544。
此外,作為元素M,並不限定於1種元素,也可包含多種元素。例如,可藉由Rb對元素M為Cs的銫鎢青銅的Cs的一部分進行置換。此情況下,Rb對銫鎢青銅的Cs位點(site)進行置換,並進行完全固溶(complete solid solution)。
就藉由Rb對Cs的一部分進行了置換的銫・銣鎢青銅的晶格常數分佈的近似直線而言,其為根據Rb的置換量例如在圖1中使作為銫鎢青銅的晶格常數分佈的近似直線的虛線10向作為銣鎢青銅的晶格常數分佈的近似直線的虛線11的方向進行了平行移動後的直線。
同樣,例如在藉由K對銣鎢青銅的Rb的一部分進行了的置換的情況下,就該銣・鉀鎢青銅的晶格常數分佈的近似直線而言,其為根據K的置換量例如在圖1中使作為銣鎢青銅的晶格常數分佈的近似直線的虛線11向作為鉀鎢青銅的晶格常數分佈的近似直線的虛線12的方向進行了平行移動後的直線。
本實施方式的電磁波吸收粒子所含的鎢青銅如上所述包含從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上作為元素M。此外,不只是從K、Rb、及Cs中選出的1種以上,在添加了其他鹼金屬的Li、Na、第13族元素的In、Tl、鹼土金屬的Be、Mg、Sr、Ba、Ca、過渡元素的Ti、V、Zr、Nb、貴金屬元素的Cu、Ag、Au、Pt等的情況下也會出現鎢青銅結構。為此,元素M也還可包含從Na、Tl、In、Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、及Ga中選出的1種以上作為添加元素。在添加了這些添加元素的情況下,根據本發明的發明人的研究可知,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,晶格常數優選分佈在圖1中的虛線10和虛線12之間。
尤其是,較佳為位於以點A(7.406,7.614)、點B(7.372,7.564)、點C(7.393,7.504)、及點D(7.423,7.554)為頂點的四邊形ABCD的區域內。
但是,基於XRD圖案計算的晶格常數不僅會受到作為對象的材料本身的履歷、形狀、大小、粒度分佈等的影響,而且還會受到XRD測定時的使用裝置、X射線的縫寬、衍射線的範圍、標準樣品的種類等各種因素的影響。就本發明的發明人的數據而言,使用精密地進行了校正的裝置,在銫鎢青銅和銣鎢青銅的情況下,以空間群P63 /mcm為基底(base)進行了里特維爾德(Rietveld)解析,由此計算了晶格常數。此外,在鉀鎢青銅的情況下,以空間群P63 22為基底進行了里特維爾德(Rietveld)解析,由此計算了晶格常數。
然而,工業上優選進行考慮了晶格常數的偏差的設計。為此,優選為在上述區域內的各點處考慮使晶格常數a具有±0.006Å的寬度並使晶格常數c具有±0.01Å的寬度。
此外,根據本發明的發明人的研究可知,對電磁波吸收粒子進行了微粒化的情況下,存在晶格常數會發生變化的情形。若以從大塊(bulk)至納米微粒的機械粉碎加工的情況為例,則此時會受到較強的壓力和/或剪切變形的影響,導致氧缺陷量減少。此外,鎢青銅中也可觀察到自粒子表面的元素M的脫離區域。這些變化會使上述鎢青銅的通式中的x和/或y減少,故也可認為Jahn-Teller形變會變大,並且就晶格常數而言,會出現a軸方向的晶格常數增加且c軸方向的晶格常數減少這樣的變化,但從實驗結果可知,正好相反。具體而言,可確認到,隨微粒化的進行,就晶格常數而言,在圖1所示的直線上,a軸方向的晶格常數減少了,而c軸方向的晶格常數則朝增加的方向進行了位移。
根據本發明的發明人實施的針對10nm以上且40nm以下的納米微粒的實驗的結果可知,與微細化之前相比的各晶格常數的平均位移量為Δa=-0.0024Å,並且Δc=+0.0084Å。其示出了,藉由粒徑從大塊(bulk)變為納米尺寸,就Jahn-Teller形變而言,結晶尺寸效應使其進行了很大的緩和。故,優選為,除了上述工業上的偏差之外,還需考慮微粒化後的情況下的晶格常數的變化,在上述區域內的各點處,可考慮使晶格常數a具有±0.0084Å的寬度,並且使晶格常數c具有±0.0184Å的寬度。
如上所述,本實施方式的電磁波吸收粒子所含的六方晶體的鎢青銅的晶格常數a、c即aM HTB (Å)、cM HTB (Å)優選滿足如下規定。
在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內,優選為,與位於以點A(7.406,7.614)、點B(7.372,7.564)、點C(7.393,7.504)、及點D(7.423,7.554)為頂點的四邊形ABCD的區域域內的點(aM ,cM )具有如下公式(1)、(2)的關係。 aM HTB =aM ±0.0084・・・(1) cM HTB =cM ±0.0184・・・(2) 這意味著,藉由本實施方式的電磁波遮蔽粒子所含的鎢青銅的晶格常數位於預定的範圍內,元素M和氧缺陷在原子的排列的層面(level)上也位於預定的範圍內。據此,能夠獲得可抑制日射透射率且波長為850nm的近紅外線的透射特性也較優的電磁波吸收粒子,為優選。
尤其在元素M由Cs組成的銫鎢青銅的情況下,六方晶體的鎢青銅的晶格常數a、c即aM HTB (Å)、cM HTB (Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於cCs =-3.436aCs +33.062的直線上的點(aCs ,cCs )優選具有如下公式(3)、(4)的關係。 aM HTB =aCs ±0.0084・・・(3) cM HTB =cCs ±0.0184・・・(4) 需要說明的是,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,cCs 較佳滿足7.576≦cCs ≦7.610。
此外,在元素M由Rb組成的銣鎢青銅的情況下,六方晶體的鎢青銅的晶格常數a、c即aM HTB (Å)、cM HTB (Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於cRb =-3.344aRb +32.265的直線上的點(aRb ,cRb )優選具有如下公式(5)、(6)的關係。
aM HTB =aRb ±0.0084・・・(5) cM HTB =cRb ±0.0184・・・(6) 需要說明的是,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,cRb 較佳滿足7.517≦cRb ≦7.580。
另外,在元素M由K組成的鉀鎢青銅的情況下,六方晶體的鎢青銅的晶格常數a、c即aM HTB (Å)、cM HTB (Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於cK =-2.9391aK +29.227的直線上的點(aK ,cK )優選具有如下公式(7)、(8)的關係。 aM HTB =aK ±0.0084・・・(7) cM HTB =cK ±0.0184・・・(8) 需要說明的是,為了抑制日射透射率並為了尤其提高波長為850nm的近紅外線的透射率,cK 較佳滿足7.504≦cK ≦7.564。
此外,原子間距離也可反映元素M的添加和/或氧缺陷的導入所引起的Jahn-Teller形變的緩和。如前所述,具有六方晶體結構的鎢青銅內的WO6 八面體所形成的骨架中保持了Jahn-Teller形變,並且WO6 八面體也不是各向同性(等方性)正八面體。即,從中心的W原子至周圍的O原子的距離互不相同。
例如,Oi等合成了不具有摻雜元素M和/或氧缺陷的、相當於x=0且y=0的六方晶體氧化鎢(h-WO3 ),並且假設了空間群P63 /mcm,藉此進行了里特維爾德(Rietveld)解析,求出了結晶相的晶格常數、原子位置、及原子間距離(非專利文獻2)。根據該報告可知,WO6 八面體內的W-O距離中存在2個自[從W原子觀察時存在於c軸方位的O原子]至[中心的W原子]的距離,分別為1.80Å和2.13Å,其比值為1.18。即,在不存在摻雜元素M和/或氧缺陷所引起的電子的供給的情況下,Jahn-Teller形變會導致W-O距離的比值變大。
本發明的發明人如前所述對在具有六方晶體的由通式Mx WO3 y 表示的鎢青銅中使元素M的添加量x和氧缺陷的量y變化時的結構的變化進行了解析。之後,採用里特維爾德(Rietveld)法,根據精密地進行了解析後的結果求出了各原子的座標,並且對具有六方晶體的上述鎢青銅的結晶中所含的WO6 八面體內的W-O距離進行了計算。結果發現了,隨元素M的添加量和氧缺陷的量的增加,Jahn-Teller形變被進行了線性緩和,同時前述的W-O距離之比值也變小了。
此外還發現了,藉由使六方晶體的鎢青銅的結晶中存在的WO6 八面體內的自[從W原子觀察時位於c軸方位的O原子]至[中心的W原子]的距離的最大值相對於最小值的比值(即,最大值/最小值)位於預定範圍,可抑制日射透射率並尤其可提高波長為850nm的近紅外線的透射率。
具體而言,在上述比值為1.00以上且1.10以下的情況下,可適當地控制元素M的添加量和氧缺陷的量,並且可抑制日射透射率,尤其還可提高波長為850nm的近紅外線的透射率,故為優選。
對本實施方式的電磁波吸收粒子的平均粒徑並無特別限定,但優選為0.1nm以上且100nm以下。
其原因在於,藉由使電磁波吸收粒子的平均粒徑為100nm以下,尤其可提高近紅外線吸收特性,即,尤其可抑制日射透射率。另外還在於,藉由使電磁波吸收粒子的平均粒徑為0.1nm以上,工業上可容易進行製造。
需要說明的是,例如,在應用於如汽車的擋風玻璃那樣尤其重視可視光範圍內的透明性的用途的情況下,優選還需考慮電磁波吸收粒子引起的散射的降低。在重視該散射的降低的情況下,電磁波吸收粒子的平均粒徑尤其優選為30nm以下。
平均粒徑是指粒度分佈中的積分值為50%的粒徑,本說明書中的其他部分處的平均粒徑也具有相同的意思。作為用於計算平均粒徑的粒度分佈的測定方法,例如可採用使用了透射電子顯微鏡的各粒子的粒徑的直接測定方法。
此外,就本實施方式的電磁波吸收粒子而言,為了保護表面、提高耐久性、防止氧化、提高耐水性等,也可預先實施表面處理。對表面處理的具體內容並無特別限定,但例如就本實施方式的電磁波吸收粒子而言,可使用包含從Si、Ti、Zr、及Al中選出的1種以上的原子的化合物對粒子的表面進行修飾(改質)。此時,作為包含從Si、Ti、Zr、及Al中選出的1種以上的原子的化合物,可列舉出從氧化物、氮化物、碳化物等中選出的1種以上。 [電磁波吸收粒子的製造方法] 本實施方式中,對電磁波吸收粒子的製造方法的一構成例進行說明。
需要說明的是,藉由本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法可製造上述電磁波吸收粒子,故對已經敘述了的事項的一部分的說明進行了省略。
對本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法並無特別限定,可採用能夠獲得預定的組成和預定的氧空孔濃度的各種方法。就本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法而言,可列舉出:還原性氣體氣流中合成法(即,在還原性氣體的氣流中進行合成的合成法)、固相還原反應法、使用含氧氣體對由固相反應/液相法/氣相法獲得的鎢青銅進行氧化處理的方法、使用還原性氣體的氣流進行還原處理的方法、在溶融鹵化鹼中對WO3 進行還原的方法等。 (1)還原性氣體氣流中合成法 作為本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法,例如可採用還原性氣體氣流中合成法。此情況下,本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法可具有:在還原性氣體的氣流中並在400℃以上且650℃以下的固相反應溫度下,對包含元素M(此處,該元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上)和W且元素M與W的原子數比M/W為x(0.15≦x≦0.33)的原料混合物進行加熱以使其發生固相反應的加熱步驟。
另外,此情況下,本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法優選還具有:在高於固相反應溫度的溫度例如700℃以上且900℃以下的溫度下進行熱處理的均質化步驟。
作為原料,例如可使用M2 CO3 水溶液(包含元素M的碳酸鹽的水溶液)和H2 WO4 (鎢酸)。需要說明的是,在元素M包括多種元素的情況下,也可使用與之對應的多種M2 CO3 水溶液。
就供給至加熱步驟的原料混合物而言,可藉由採用原子數比M/W為x(0.15≦x≦0.33)的比例對M2 CO3 水溶液和H2 WO4 進行混合・混煉而獲得。此外,供給至加熱步驟之前,優選在大氣中事先進行原料混合物的乾燥。
加熱步驟中,藉由在還原性氣體的氣流中並在400℃以上且650℃以下的固相反應溫度下進行加熱以發生固相反應,可調製鎢青銅即Mx WO3 y
x=0.33的情況下的反應式可由下式表示。 0.165M2 CO3 +H2 WO4 +(0.165+y)H2 →0.165CO2 ↑+(1.165+y)H2 O↑+M0.33 WO3―y 均質化步驟中,可在比加熱步驟的固相反應溫度還高的溫度例如700℃以上且900℃以下的溫度下進行熱處理。均質化步驟可在例如氮氣、氬氣等的非活性氣體環境下實施。 (2)固相還原反應法 此外,本實施方式的電磁波吸收粒子也可藉由固相還原反應法製造。
此情況下,本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法可具有:在真空環境或非活性氣體環境中並在750℃以上且950℃以下的溫度下,對原料混合物進行加熱的加熱・還原步驟。
需要說明的是,作為原料混合物可包括:WO3 、從M2 CO3 和M2 WO4 中選出的1種以上(此處,該元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上)、及從鎢單體(單質鎢)和O/W的原子數比小於3的氧化鎢中選出的1種以上,其中,元素M和W的原子數比M/W即x可為0.15≦x≦0.33。
在真空或非活性氣體環境中進行加熱以藉由封閉系統(closed system)內的原料間反應來實現含氧的組成的化學計量比(stoichiometry)的情況下,作為原料優選包括還原成分。具體而言,優選為,如上所述除了作為原料的WO3 和作為還原成分的從M2 CO3 和M2 WO4 中選出的1種以上之外,還使用從單質鎢和O/W的原子數比小於3的氧化鎢中選出的1種以上(例如,從W、WO2 、及WO2.72 中選出的1種以上)。
此外,藉由實施對原料的各成分進行秤量和混合,然後在真空或非活性氣體環境中並在750℃以上且950℃以下的溫度下進行加熱的加熱・還原步驟,可合成Mx WO3―y 。可在真空封入石英管內後進行加熱,可在真空燒成爐中進行加熱,或者也可在氮氣等的非活性氣體環境中進行加熱。需要說明的是,在使用非活性氣體的情況下,還可在非活性氣體氣流中進行加熱。在作為原料使用WO3 、M2 WO4 、及單質鎢W的情況下,理想反應式可由下式表示。 (x/2)M2 WO4 +(1-2x/3)WO3 +(x/6)W=Mx WO3 然而,盡管氧的化學計量比(stoichiometry)應由原料間的固相反應來實現,但通常會導入氧缺陷並生成Mx WO3―y 。其原因在於作為原料的1種的M2 CO3 、M2 WO4 。M2 CO3 和M2 WO4 在室溫下進行秤量時具有吸濕潮解的趨勢。如果就那樣地進行固相反應,則因大氣中的濕度而混入的水分會進行蒸發,進而發揮還原劑的作用,由此可生成具有氧缺陷的Mx WO3―y
Mx WO3―y 非常容易被還原,故為了製作氧缺陷非常少或完全不存在的樣品需要一些技巧。此情況下,需要在手套箱(glove box)內的乾燥(dry)環境下對原料M2 WO4 進行秤量,並進行處理以使其不會吸濕。例如,當在真空燒成爐內進行加熱的情況下,可在750℃以上且950℃以下的溫度下進行加熱燒成,但在高溫下的真空保持時間超過數日(幾天)這樣長的情況下,Mx WO3―y 會持續被還原,有時甚至會變成被完全還原了的狀態,即,y變為0.46。此外,在使用碳材質的坩堝的情況下,還存在與碳進行接觸的部分會發生還原的情況。
如此,原料M2 CO3 和M2 WO4 的吸濕性和/或加熱・還原步驟中的熱處理時的條件都是對獲得的Mx WO3―y 的氧缺陷的量產生影響的重要因素。故,為了將Mx WO3―y 的氧缺陷的量y控制為特別低的值,優選需充分注意原料、大氣中的濕度、真空保持時間、坩堝材質等。 (3)對鎢青銅進行氧化處理或還原處理的方法 作為本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法,還可列舉出:使用氧化性氣體對鎢青銅進行氧化處理的方法、使用還原性氣體對鎢青銅進行還原處理的方法。
此情況下,本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法可具有如下步驟,即,將包含氧缺陷且由通式:Mx WO3 y (此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示的鎢青銅放入非還原性材質的坩堝內,於氧化性氣體的環境中並在300℃以上且650℃以下的溫度下進行退火的退火步驟。
此外,本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法可具有如下步驟,即,對包含氧缺陷且由通式:Mx WO3 y (此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示的鎢青銅在還原性氣體的環境中並在300℃以上且650℃以下的溫度下進行退火的退火步驟。
在對鎢青銅進行氧化處理的方法中,可對氧缺陷比預期的鎢青銅還多的鎢青銅在氧化性氣體的環境中進行加熱,以減少氧缺陷的量,從而獲得預期的值。
作為氧化性氣體,可使用含氧氣體。對含氧氣體中的氧量並無特別限定,但優選包含18vol%以上且100vol%以下的氧。作為氧化性氣體,例如優選使用大氣(空氣)和/或氧氣。
此外,在對鎢青銅進行還原處理的方法中,可對氧缺陷比預期的鎢青銅還少的鎢青銅在還原性氣體的環境中進行加熱,以增加氧缺陷的量,從而獲得預期的值。需要說明的是,在進行還原處理的情況下,優選在還原性氣體的氣流中進行。
作為還原性氣體,可使用包括氫等還原性氣體和非活性氣體的混合氣體。
需要說明的是,就對鎢青銅進行氧化處理或還原處理的方法之前的鎢青銅的製造方法而言,對其並無特別限定。
例如,作為鎢青銅的製造方法,也可使用熱電漿法。
當採用熱電漿法對鎢青銅進行合成時,可將鎢化合物和M元素化合物的混合粉體作為原料來使用。
作為鎢化合物,優選為從鎢酸(H2 WO4 )、鎢酸氨、六氯化鎢、及使在溶解於乙醇的六氯化鎢中添加水以進行了加水分解的溶劑再進行了蒸發後的鎢的水和物中選出的1種以上。
此外,作為M元素化合物,優選使用從M元素的氧化物、氫氧化物、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物、及碳酸鹽中選出的1種以上。
對包含上述鎢化合物和上述M元素化合物的水溶液進行濕式混合,以使M元素和W元素的比值成為Mx Wy Oz (此處,M為上述M元素,W為鎢,O為氧,0.001≦x/y≦1.0,並且2.0≦z/y≦3.0)的M元素和W元素的比值。接下來,對得到的混合液體進行乾燥,由此可獲得M元素化合物和鎢化合物的混合粉體。之後,可將該混合粉體作為熱電漿法的原料。
此外,也可將藉由對該混合粉體進行1個步驟的燒成而獲得的複合鎢氧化物作為熱電漿法的原料,該1個步驟的燒成在一種非活性氣體、或者非活性氣體和還原性氣體的混合氣體的環境中實施。另外,還可將對該混合粉體進行2個步驟的燒成而獲得的複合鎢氧化物作為熱電漿法的原料,該2個步驟的燒成為,在第1個步驟中於非活性氣體和還原性氣體的混合氣體的環境下進行燒成,然後對第1個步驟的燒成物在第2個步驟中於非活性氣體的環境下再進行燒成。
作為熱電漿法所用的熱電漿對其並無特別限定,但例如可使用直流電弧電漿、高頻電漿、微波電漿、及低頻交流電漿中的任意一種、或者這些電漿的混合電漿、或者從藉由向直流電漿施加磁場的電氣方法而生成的電漿、藉由大輸出雷射(激光)照射而生成的電漿、藉有大輸出電子束或離子束而生成的電漿等中選出的1種以上。
但無論使用哪種熱電漿,具有10000~15000K的高溫部的熱電漿為優選,尤其是可對微粒子的生成時間進行控制的電漿為較佳。
供給至具有該高溫部的熱電漿中的原料在該高溫部處可瞬間蒸發。此外,該蒸發了的原料在到達電漿尾炎部的過程中會發生凝縮,並且在電漿火炎外會急冷凝固,由此可生成鎢青銅。
另外,作為鎢青銅的製造方法,也可使用水熱合成法等公知的化合物的合成方法。
本實施方式的電磁波吸收粒子的製造方法除了上述步驟之外還可具有任意的步驟。如上所述,本實施方式的電磁波吸收粒子優選被微細化從而變成微粒子。
對微細化的具體手段並無特別限定,可使用能進行機械粉碎的各種手段。作為機械粉碎方法,可採用使用氣流式粉碎機(jet mill)等的乾式粉碎方法。此外,在後述的獲得電磁波吸收粒子分散液的過程中,也可在溶劑中進行機械粉碎。
此外,如上所述,就本實施方式的電磁波吸收粒子而言,可使用包含從Si、Ti、Zr、及Al中選出的1種以上的原子的化合物對其表面進行修飾(改質)。
為此,還可具有如下步驟,即,例如添加包含從上述金屬群中選出的1種以上的金屬的醇(alkoxide)等,以在本實施方式的電磁波吸收粒子的表面上形成被膜的被覆步驟。 [電磁波吸收粒子分散液和電磁波吸收粒子分散體] 接下來,對本實施方式中的電磁波吸收粒子分散液和電磁波吸收粒子分散體的一構成例進行說明。
本實施形態的電磁波吸收粒子分散液包含上述電磁波吸收粒子、及從水、有機溶劑、油脂、液狀樹脂、液狀塑膠(plastic)用可塑劑中選出的1種以上的液狀介質(medium),可具有液狀介質中分散了電磁波吸收粒子的構成。
電磁波吸收粒子分散液是上述電磁波吸收粒子分散在溶劑即液狀介質中的液體。
作為液狀介質,如上所述,可使用從水、有機溶劑、油脂、液狀樹脂、及液狀塑膠用可塑劑中選出的1種以上。
作為有機溶劑,可選擇乙醇(alcohol)系、酮(ketone)系、碳化氫系、乙二醇(glycol)系等的各種有機溶劑。具體而言,可列舉出:異丙醇(isopropyl alcohol)、甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、1-丙醇(1-propanol)、異丙醇(isopropanol)、丁醇(butanol)、戊醇(pentanol)、芐醇(benzyl alcohol)、雙丙酮醇(diacetone alcohol)、1-甲氧基-2-丙醇(1-methoxy-2-propanol)等的乙醇系溶劑;二甲基酮(dimethyl ketone)、丙酮(acetone)、甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)、甲基丙基酮(methyl propyl ketone)、甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone)、環己酮(cyclohexanone)、異佛爾酮(isophorone)等的酮系溶劑;3-甲基-甲氧基-丙酸酯(3-methyl-methoxy-propionate)、醋酸丁酯(butyl acetate)等的酯(ester)系溶劑;乙二醇單甲醚(ethylene glycol monomethyl ether)、乙二醇單乙醚(ethylene glycol monoethyl ether)、乙二醇異丙醚(ethylene glycol isopropyl ether)、丙二醇單甲醚(propylene glycol monomethyl ether)、丙二醇單乙醚(propylene glycol monoethyl ether)、丙二醇甲醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate)、丙二醇乙醚乙酸酯(propylene glycol ethyl ether acetate)等的乙二醇衍生物(glycol derivatives);甲酰胺(formamide)、N-甲基甲酰胺(N-methylformamide)、二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide)、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone)等的胺類;甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)等的芳香族碳化氫類;二氯甲烷(ethylene chloride)、氯苯(chlorobenzene)等的鹵化碳化氫類等。
但其中的極性較低的有機溶劑為優選,尤其是異丙醇、乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、二甲基酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲苯、丙二醇單甲醚醋酸鹽、醋酸正丁酯(acetic n-butyl)等為較佳。可組合使用這些有機溶劑中的1種或2種以上。
作為油脂,例如可使用從亞麻籽油、葵花籽油、桐油等的乾性油、芝麻油、棉籽油、菜籽油、豆油、米糠油等的半乾性油、橄欖油、椰子油、棕櫚油、脫水蓖麻油油等的不乾性油、使植物油的脂肪酸和一元醇(monoalcohol)進行直接酯反應而獲得的脂肪酸單酯(fatty acid monoester)、醚(ether)類、Isopar(註冊商標)E、Exxsol(註冊商標)Hexane、Heptane、E、D30、D40、D60、D80、D95、D110、D130(以上為Exxon Mobil製)等的石油系溶劑中選出的1種以上。
作為液狀樹脂,例如可使用從液狀丙烯酸樹脂、液狀環氧樹脂、液狀聚酯樹脂、液狀聚氨酯樹脂(liquid urethane resin)中選出的1種以上。
作為可塑劑,例如可使用液狀塑膠用可塑劑等。
此外,根據需要還可添加酸和/或鹼以對該分散液的pH值進行調整。
在上述電磁波吸收粒子分散液中,為了進一步提高電磁波吸收粒子的分散穩定性,並避免再凝集所導致的分散粒徑的粗大化,還可添加各種表面活性劑、耦聯劑等作為分散劑。
上述表面活性劑、耦聯劑等的分散劑可按照用途進行選定,但優選為,作為官能基具有含有胺的基、羥基、羧基、或環氧基。這些官能基吸附於電磁波吸收粒子的表面可防止凝聚,並具有可使該電磁波吸收粒子均勻分散在藉由電磁波吸收粒子而成膜了的紅外線遮蔽膜中的效果。較佳為,分子中具有這些官能基的任意1種的高分子系分散劑。
作為市場上銷售的分散劑,可列舉出:Solsperse(註冊商標)9000、12000、17000、20000、21000、24000、26000、27000、28000、32000、35100、54000、250(日本Lubrizol公司製)、EFKA(註冊商標)4008、4009、4010、4015、4046、4047、4060、4080、7462、4020、4050、4055、4400、4401、4402、4403、4300、4320、4330、4340、6220、6225、6700、6780、6782、8503(EFKA Additives公司製)、Ajisper(註冊商標)PA111、PB821、PB822、PN411、FeimexL-12(味之素FINE TECHNO公司製)、DisperBYK(註冊商標)101、102、106、108、111、116、130、140、142、145、161、162、163、164、166、167、168、170、171、174、180、182、192、193、2000、2001、2020、2025、2050、2070、2155、2164、220S、300、306、320、322、325、330、340、350、377、378、380N、410、425、430(BYK Japan公司製)、Disparlon(註冊商標)1751N、1831、1850、1860、1934、DA-400N、DA-703-50、DA-725、DA-705、DA-7301、DN-900、NS-5210、NVI-8514L(楠本化成公司製)、Arufon(註冊商標)UC-3000、UF-5022、UG-4010、UG-4035、UG-4070(東亞合成公司製)等。
就電磁波吸收粒子分散至液狀介質的分散處理方法而言,只要是可使電磁波吸收粒子分散至液狀介質的方法,對其並無特別限定。此時,優選以電磁波吸收粒子的平均粒徑為100nm以下的方式進行分散,較佳為以0.1nm以上且100nm以下的方式進行分散。
作為電磁波吸收粒子分散至液狀介質的分散處理方法,例如可列舉出:使用珠磨機、球磨機、砂磨機、油漆攪拌器(paint shaker)、超聲波均質器(ultrasonic homogenizer)等的裝置的分散處理方法。其中,就使用介質(珠、球、渥太華砂(Ottawa sand))的珠磨機、球磨機、砂磨機、油漆攪拌器等的介質攪拌機來進行粉碎和分散而言,從可縮短用於獲得預期的平均粒徑所需的時間的觀點來看,為優選。藉由實施利用介質攪拌機的粉碎・分散處理,可在進行電磁波吸收粒子至液狀介質的分散的同時,也進行基於電磁波吸收粒子之間的碰撞和/或介質對電磁波吸收粒子的碰撞等的微粒化,由此可進一步使電磁波吸收粒子微粒化,並使其進行分散(即,被進行粉碎・分散處理)。
電磁波吸收粒子的平均粒徑如上所述優選為0.1nm以上且100nm以下。其原因在於,如果平均粒徑較小,則會降低基於幾何散射或米氏散射的波長為400nm~780nm的可視光範圍內的光的散射,其結果為,可避免電磁波吸收粒子分散在了樹脂等中的電磁波吸收粒子分散體會變成磨砂玻璃(frosted glass)那樣得不到清晰的透明性。即,若平均粒徑為200nm以下,則可降低上述幾何散射或米氏散射,以成為瑞利散射區域。其原因為,在瑞利散射區域中,散射光與分散粒徑的6次方成比例,故分散粒徑減小的同時,散射降低,由此可提高透明性。另外,如果平均粒徑為100nm以下,則散射光會變得非常少,為優選。
此外,就使用電磁波吸收粒子分散液獲得的、電磁波吸收粒子分散在了樹脂等中的電磁波吸收粒子分散體內的電磁波吸收粒子的分散狀態而言,只要採用可添加至樹脂等分散液的公知的添加方法,就不會發生比該分散液的電磁波吸收粒子的平均粒徑還小的凝聚。
另外,如果電磁波吸收粒子的平均粒徑為0.1nm以上且100nm以下,則可避免所製造的電磁波吸收粒子分散體和/或其成形體(板、片等)變成透射率單調減少了的灰色類物質和/或物體。
對本實施形態的電磁波吸收粒子分散液中的電磁波吸收粒子的含有量並無特別限定,但例如優選為0.01質量%以上且80質量%以下。其原因在於,藉由使電磁波吸收粒子的含有量為0.01質量%以上,可發揮(獲得)充足的日射透射率。還在於,藉由為80質量%以下,可均勻地在分散介質中進行分散。
另外,藉由使用本實施形態的電磁波吸收粒子,還可獲得電磁波吸收粒子分散體。
就本實施形態的電磁波吸收粒子分散體而言,可具有電磁波吸收粒子分散在了樹脂等的固體介質中的形態。
對電磁波吸收粒子分散體的形狀等並無特別限定,可為任意的形狀,例如可為薄膜形狀。即,就本實施形態的電磁波吸收粒子分散體而言,例如可為電磁波吸收粒子分散在了樹脂等的固體介質中的薄膜。
本實施形態的電磁波吸收粒子分散體可藉由如下方式獲得,即,將樹脂添加在本實施形態的電磁波吸收粒子分散液中並使其溶解,使添加了所獲得的樹脂的電磁波吸收粒子分散液流入成任意的形狀、或在玻璃板等能透射可視光線的基材上進行塗敷後,再使添加了樹脂的電磁波吸收粒子分散液進行固化。此外,藉由將本實施形態的電磁波吸收粒子分散液混煉入樹脂,也可獲得電磁波吸收粒子分散體。
對樹脂並無特別限定,但可根據目的可選擇UV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、電子束硬化性樹脂、常溫硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等。具體而言,可列舉出:聚乙烯樹脂(polyethylene resin)、聚氯乙烯樹脂(polyvinyl chloride resin)、聚偏二氯乙烯樹脂(polyvinylidene chloride resin)、聚乙烯醇樹脂(polyvinyl alcohol resin)、聚苯乙烯樹脂(polystyrene resin)、聚丙烯樹脂(polypropylene resin)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物體(ethylene vinyl acetate copolymer)、聚酯樹脂(polyester resin)、聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(polyethylene terephthalate resin)、氟樹脂(fluororesin)、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resin)、丙烯酸樹脂(acrylic resin)、聚乙烯醇縮丁醛樹脂(polyvinyl butyral resin)、離聚物樹脂(ionomer resin)等。就這些樹脂而言,可單獨使用,也可混合使用。 [實施例]
以下參照實施例具體地對本發明進行說明。然而,本發明並不限定於以下的實施例。
對以下的各實施例中的評價方法進行說明。 (化學分析) 就獲得的電磁波吸收粒子的化學分析而言,藉由原子吸光分析(AAS)對Cs進行了化學分析,藉由ICP發光分光分析(ICP-OES)對W進行了化學分析。此外,就O而言,使用輕元素分析裝置(LECO公司製,型號:ON-836)在He氣體中對樣品進行了融解,並且採用「藉由IR吸收分光法對與坩堝的碳進行了反應的CO氣體進行定量的方法」進行了分析。進行化學分析時,針對各成分進行了3次測定,並計算了標準偏差。 (X射線衍射測定) 就X射線衍射測定而言,藉由採用Spectris公司的X’Pert-PRO/MPD裝置並且使用Cu-Kα線進行粉末XRD測定而實施。
針對角度2θ為10°以上且100°以下的範圍,在掃描速度為0.095°(2θ)/sec且測定點數為5555points/90°的條件下進行了測定。使用Si標準樣品(NIST640e)對衍射角進行了校正,並且假設空間群P63 /mcm或P63 cm從而進行了里特維爾德(Rietveld)解析,由此求出了結晶相的晶格常數和原子位置。
此外,針對實施例1~10,根據獲得的結晶相的原子位置計算了原子間距離,並且求出了WO6 八面體內的W-O距離中的、自[從W原子觀察時位於c軸方位的O原子]至[中心的W原子]的距離的最大值相對於最小值的比值(最大值/最小值)。 (可視光透射率、日射透射率、及波長為850nm的近紅外線的透射率) 按照ISO 9050和JIS R 3106對電磁波吸收粒子的可視光透射率、日射透射率、及波長為850nm的近紅外線的透射率進行了測定。具體而言,使用日立製作所(株)製的分光光度計U-4100對透射率進行了測定,然後計算了乘以基於太陽光譜的係數後的值。測定透射率時,針對波長為300nm以上且2100nm以下的範圍以5nm為間隔進行了測定。測定步驟將在下面的實施例1中詳述。 (平均粒徑) 根據使用透射電子顯微鏡(FEI Company製TECNAI G2 F20)而測定的粒度分佈求出了平均粒徑。
具體而言,對透射電子顯微鏡的觀察圖像中的300個粒子的粒徑進行了測定,然後將其粒度分佈中的積分值為50%的粒徑求得為平均粒徑。 [實施例1] 作為原料對碳酸銫(Cs2 CO3 )水溶液和鎢酸(H2 WO4 )進行了秤量、混合、及混煉,以使Cs/W=0.33,由此調製了原料混合物。
接下來,使原料混合物在大氣中並在100℃的溫度下進行了12個小時的乾燥。
將10g乾燥後的原料混合物(前驅體)薄薄地平鋪在碳皿(carbon boat)上,然後在以N2 氣體為載體(carrier)的1vol%的H2 氣體(以下記為「1vol%的H2 -N2 」)的氣流中並在550℃的溫度下進行了2個小時的加熱和保持(加熱步驟)。
接下來,在100vol%的N2 氣體氣流中並在550℃的溫度下保持了1個小時後,昇溫至800℃,並在800℃的溫度下保持1個小時,藉此進行了均質化(均質化步驟)。
均質化步驟後,可獲得作為電磁波吸收粒子的藍色粉體。
針對Cs、W、O元素分別獨立地進行了所得到的藍色粉體的化學分析。其結果為,針對Cs獲得了15.62±0.15質量%的值,針對W獲得了66.54±0.20質量%的值,針對O獲得了14.72±0.26質量%的值。Cs的準備值為97.4%,W的準備值為99.9%,並且O的準備值為84.7%。將其正規化至100%並變換為原子%且使W=1,由此可獲得原子數比,並且將所獲得的化合物的組成確定為Cs0.325 WO2.542
上述鎢青銅的通式Mx WO3 y 中,x=0.325,並且y=0.458,由此可知O缺損了15.3%。
對獲得的藍色粉體所實施的XRD測定的結果為,與JCPDS卡片No.81-1224一致,故可確定其為Cs0.3 WO3
為了獲得其結構的更詳細的資訊,針對該XRD圖案以空間群P63 /mcm為基底進行了里特維爾德(Rietveld)解析。需要說明的是,就位點(site)占有率而言,W:100%,Cs:97%,O(1)的最大值為50%,就各元素的Wickoff座標而言,W為6g位點(x,0,0.25),O(1)為12k位點(x,0,z),z=0,O(2)為12j位點(x,y,0.25),Cs為2b位點(0,0,0)。就等方性溫度因子B(×104 pm2 )而言,假設W為0.2047,O(1)為0.07,O(2)為0.10,並且Cs為1.035。此時,就由下式所定義的信賴性因子(reliability factor)Rf而言,可獲得Rf=0.021的值,即獲得了銫鎢青銅的與過去的文獻值相比最小的值。
〔式1〕故,可認為本實施例中的解析結果是至此為止的信賴性最高的解析結果。藉由該解析獲得的晶格常數為,a=7.40686(4)(Å),並且c=7.61015(6)(Å)(括號內為最後一位的標準偏差)。
該晶格常數的值位於元素M為Cs的情況下的、針對晶格常數a、c的上述公式c=-3.436a+33.062的直線的極近的位置。此外,可確認到位於圖2的點216的附近。
根據計算出的晶格常數,可求得本實施方式中製作的電磁波吸收粒子所含的鎢青銅的單位晶胞的體積為361.6Å3 ,故藉由基於化學分析獲得的氧的摩爾比可知,氧空孔濃度NV 為NV =7.60×1021 cm 3
另外,還根據藉由里特維爾德(Rietveld)解析獲得的結晶相的晶格常數和原子座標求得了WO6 八面體中的W-O距離。其結果為,自[從W原子觀察時位於c軸方位的O原子]至[中心的W原子]的距離有2個,分別為1.903Å和1.920Å,並且最大值相對於最小值的比值為1.01。
接下來,秤量了20質量%的該粉末、10質量%的具有作為官能基而含有胺的基的丙烯系高分子分散劑(以下簡稱「分散劑a」)、及70質量%的作為有機溶劑的甲基異丁基酮(MIBK)。然後將它們裝填至放入了0.3mmφ的ZrO2 珠的油漆攪拌器內,並且進行了10個小時的粉碎・分散處理,由此獲得了電磁波吸收粒子分散液(以下簡稱「分散液A」)。此處,藉由對分散液A內的電磁波吸收粒子的平均粒徑進行測定可知,其為22.1nm。
由MIBK對分散液A進行適當稀釋後,將其放入10mm厚的矩形容器內,由此進行分光透射率的測定。從以透射率的最大值為95.5%的方式(都在500nm付近取得了最大值)對稀釋率進行調整並進行測定時的透射率數據(profile)中計算或讀取可視光線透射率(VLT)、日射透射率(ST)、及波長為850nm的近紅外線的透射率(T850 )。T850 是傳感器敏感度較高的典型的近紅外線波長處的透射率。獲得的值為,VLT=94.33%,ST=74.89%,並且T850 =63.59%。由此可知,可視透射率非常高,另一方面,日射透射率被抑制為較低的值,並且近紅外線遮蔽效果也非常高。此外,該樣品中,如上所述,傳感器波長850nm處的透射率可為63.59%。
評價結果匯總示於表1和表2。 [實施例2~實施例7] 除了將加熱步驟中的550℃的溫度下的保持時間改變為表1所示的時間這點之外,採用與實施例1同樣的步驟製作了作為電磁波吸收粒子的粉末,然後與實施例1同樣地對這些粉末進行了化學分析、XRD圖案的測定、及使用了該XRD圖案的里特維爾德(Rietveld)解析。
此外,除了使用了各實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
如表1和表2所示,實施例2~實施例7中,加熱步驟中的550℃的溫度下的保持時間依次按45分鐘、50分鐘、60分鐘、75分鐘、3個小時、6個小時遞增。晶格常數大致也按照該順序,其a軸進行遞減,並且其c軸進行遞增。即,在圖2所示的直線的情況下,向左上側進行了移動。其為向Jahn-Teller形變逐漸被緩和的方向進行了變化的晶格常數。還示出了,在保持時間為2小時以上的情況下,其位置基本上沒有變化,緩和到達了平衡狀態。此外,就氧空孔濃度NV 而言,至保持時間75分鐘為止逐漸增加,但在2個小時以上的情況下,也基本上停留在同一值的附近。
另外,分散液的分光特性評價的結果為,如表2所示,可觀察到具有「氧空孔濃度增加的同時,ST/VLT的比值降低」的趨勢。這示出了,氧空孔濃度增加了的同時,相對於可視光透射率的近紅外線的遮蔽效果也增強了。
同時,隨氧空孔濃度的增加,T850 逐漸減少,傳感器透射率也逐漸減少,但與ST/VLT的降低相比,T850 的減少幅度較小。為此,例如可減少用於獲得目標日射透射率所需的電磁波吸收粒子的使用量,並且可提高傳感器透射率即波長為850nm的近紅外線的透射率。 [實施例8~實施例10] 對原料混合物進行調製時,實施例8~10中,以Cs/W=0.30、0.25、0.20的方式分別對原料進行了秤量、混合、及混煉。另外,加熱步驟中還在以N2 氣體為載體的0.7vol%的H2 氣體氣流中進行了加熱。除了這些之外,與實施例4同樣地調製了電磁波吸收粒子,並進行了評價。
此外,除了使用了各實施例中獲得的電磁波吸收粒子之點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
由表1和表2所示的結果可看觀察到如下變化,即,就晶格常數而言,隨Cs/W即x的值的減少,a軸方向的晶格常數增加,並且c軸方向的晶格常數減少。就該變化的大小而言,與實施例1~實施例7中使氧缺陷的量y變化的情況相比非常大。更具體而言,與[從實施例2(y=0.260)至實施例1(y=0.458)的晶格常數的變化量]相比,[從實施例10(x=0.196)至實施例3(x=0.327)的晶格常數的變化量]大致大了4.6倍。即,可確認到元素M的添加量x對晶格常數的變化具有很大的影響。
實施例10中,作為Cs/W的量的x被測定為0.196,但此時的粉末XRD衍射圖案中,作為不同相也混入了少量的WO3 、WO2.90 、WO2.93 的衍射線。
此外,就電磁波吸收粒子分散液而言,如表1和表2所示,可觀察到具有「Cs/W即x的值增加的同時,ST/VLT的比值降低」的傾向。這示出了,Cs/W的量增加了的同時,相對於可視光透射率的近紅外線的遮蔽效果也增強了。
同時還可確認到,隨Cs/W的增加,T850 逐漸減少,傳感器透射率也逐漸減少。其原因在於,Cs/W的增加導致自由電子增加,從而使表面電漿吸收增加,該表面電漿吸收的增加也影響850nm的波長。
然而,可確認到即使在最低的實施例8中也具有58.94%這樣的實用上沒有問題的傳感器透射率。 [實施例11] 對無水三氧化鎢(WO3 )、鎢酸銫(Cs2 WO4 )、及W單體(金屬)粉以原子數比為Cs/W=0.33且O/W=3.00的方式進行了合計為30g的秤量和混合。
秤量時,Cs2 WO4 受大氣中的濕度的影響會在包藥紙上生成斑痕,故需要儘可能快地進行秤量並放入直徑為10mm的石英管內,然後進行真空密封,並且在750℃的溫度下進行3天的加熱和保持(加熱・還原步驟)。
針對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4058Å,c=7.6102Å,故獲得了與實施例1的電磁波吸收粒子相接近的值。即,獲得了氧缺陷的量接近最大的電磁波吸收粒子。
此外,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為94.63%,日射透射率為75.27%,並且波長850nm的近紅外線的透射率為63.55%,故獲得了與實施例1相近的值。 [實施例12] 對無水三氧化鎢(WO3 )、鎢酸銫(Cs2 WO4 )、及W單體(金屬)粉以原子數比為Cs/W=0.33且O/W=2.95的方式進行了合計為30g的秤量和混合。秤量時,Cs2 WO4 受大氣中的濕度的影響會在包藥紙上產生斑痕,故需要儘可能快地進行秤量和混合,然後薄薄地平鋪在碳皿上並放入真空燒成爐內,再在750℃的溫度下進行了3天的加熱和保持(加熱・還原步驟)。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4066Å,c=7.6113Å,故獲得了與實施例1的電磁波吸收粒子相接近的值。即,獲得了氧缺陷的量接近最大的電磁波吸收粒子。
此外,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些的結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為94.52%,日射透射率為74.91%,並且波長850nm的近紅外線的透射率為63.49%,故獲得了與實施例1相接近的值。 [實施例13] 對無水三氧化鎢(WO3 )、鎢酸銫(Cs2 WO4 )、及W單體(金屬)粉以原子數比為Cs/W=0.33且O/W=3.00的方式進行了合計為30g的秤量和混合。
需要說明的是,就原料Cs2 WO4 而言,預先在200℃的燒成爐中進行了1小時的保持,藉此除去了水分,故需要儘可能快地進行秤量。
之後,將上述原料混合物薄薄地平鋪在氧化鋁皿上並放入真空燒成爐內,再在750℃的溫度下進行了3天的加熱和保持(加熱・還原步驟)。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4078Å,c=7.6086Å,故獲得了與實施例5的電磁波吸收粒子相接近的值。即,獲得了還原的程度與實施例1等相比稍緩的狀態的電磁波吸收粒子。
此外,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為94.78%,並且日射透射率為76.14%,故獲得了與實施例5相接近的值。但也可確認到,ST/VLT=0.803,盡管與實施例5相比近紅外線遮蔽增強了,但與此無關地,波長850nm的近紅外線的透射率也為67.84%,與實施例5基本相同。即,意味著,如果從相同的近紅外線遮蔽效果的角度來比較,傳感器透射率僅比實施例5提高了一點。 [實施例14] 對無水三氧化鎢(WO3 )、鎢酸銫(Cs2 WO4 )、及W單體(金屬)粉以原子數比為Cs/W=0.33且O/W=3.00的方式進行了合計為30g的秤量和混合。
需要說明的是,原料Cs2 WO4 預先在200℃的燒成爐中進行了1個小時的保持,由此除去了水分,故需要非常注意地將其放入乾燥後的手套箱內進行秤量,然後再與其他原料進行混合。
接下來,將上述原料混合物薄薄地平鋪在氧化鋁皿上並放入真空燒成爐內,再在750℃的溫度下進行了2天的加熱和保持(加熱・還原步驟)。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4106Å,c=7.5978Å,故獲得了與圖2所示的點中的點212相接近的值。即,獲得了氧缺陷的量y較少的樣品。
此外,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為95.14%,並且日射透射率為77.90%。此外,ST/VLT=0.819,與實施例3相比僅大了一點。然而,波長850nm的近紅外線的透射率為81.46%,故可確認到其比實施例3還高。據此可確認到,獲得了在欲提高傳感器透射率的情況下尤其有效的電磁波吸收粒子。 [實施例15] 對無水三氧化鎢(WO3 )、鎢酸銫(Cs2 WO4 )、及W單體(金屬)粉以原子數比為Cs/W=0.33且O/W=3.00的方式進行了合計為30g的秤量和混合。
需要說明的是,就原料Cs2 WO4 而言,預先在200℃的燒成爐中進行了1個小時的保持,藉此除去了水分,故需要特別注意地將其放入乾燥後的手套箱內進行秤量,然後再與其他原料進行混合。
接下來,將上述原料混合物薄薄地平鋪在氧化鋁皿上並放入燒成爐內,再在100%的氮氣氣流中並在750℃的溫度下進行了2天的加熱和保持(加熱・還原步驟)。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4091Å,c=7.5998Å,故獲得了與圖2所示的點中的點213相接近的值。即,獲得了氧缺陷的量y較小的樣品。
此外,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為95.25%,並且日射透射率為80.78%。此外,波長850nm的近紅外線的透射率為76.49%,故可確認到其比實施例2還高。 [實施例16] 將實施例1中製作的完全還原狀態的藍色電磁波吸收粒子Cs0.324 WO2.542 放入氧化鋁皿內,並在氧化性氣體的環境即大氣中且在500℃的溫度下進行了30分鐘的退火(退火步驟)。
退火步驟後獲得的電磁波吸收粒子的顏色變得相當白了。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4135Å,c=7.5886Å,故可確認到圖2所示的直線向右下側進行了移動。需要說明的是,這可被認為是,由於在大氣中進行了退火,故氧出現了過剩,導致晶格常數產生了大幅度的變動。
接下來,將退火步驟後的電磁波吸收粒子放入「1vol%的H2 -N2 氣體進行了流動」的500℃的管狀爐內,保持30分鐘後將其取出(退火步驟)。
由此可確認到,獲得的電磁波吸收粒子的顏色僅變藍了一點。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.4110Å,c=7.5962Å,故可確認到,其位於圖2所示的直線的點211和點212之間。即,可確認到氧缺陷的量變少了。
此外,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為95.21%,並且日射透射率為83.40%。此外,ST/VLT=0.876,故與實施例15基本相同。然而,波長850nm的近紅外線的透射率為80.38%,故可確認到其比實施例15還高。為此可確認到,獲得了在欲提高傳感器透射率的情況下尤其有效的電磁波吸收粒子。 [實施例17] 作為原料,對碳酸銣(Rb2 CO3 )水溶液和鎢酸(H2 WO4 )以Rb/W=0.33的比例進行了秤量、混合、及混煉,由此調製了原料混合物。
接下來,使原料混合物在大氣中並在100℃的溫度下進行了12個小時的乾燥。
將10g乾燥後的原料混合物(前驅體)薄薄地平鋪在碳皿上,在以N2 氣體為載體的1vol%的H2 氣體氣流中並在550℃的溫度下對其進行了2個小時的加熱和保持(加熱步驟)。
之後,在100vol%的N2 氣體氣流中並在550℃的溫度下保持1個小時後,昇溫至800℃,並在800℃的溫度下保持1個小時,由此進行了均質化(均質化步驟)。
均質化步驟後獲得了藍色的粉體。
對獲得的電磁波吸收粒子進行XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.3854Å,c=7.5677Å,故可確認到,其大致位於圖1所示的虛線11上。
此外,與實施例1同樣地進行了化學分析,並且求出了組成和氧空孔濃度,其結果為,Rb/W的值即x為0.326。另外,還求得氧空孔濃度NV 為4.57×1021 cm 3 。由此可確認到,即使進行了同樣的處理,與Csx WO3―y 的情況相比,氧空孔濃度也變少了。
接下來,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為94.53%,並且日射透射率為76.23%。此外,ST/VLT=0.806,故獲得了與實施例1相接近的良好的近紅外線遮蔽效果。此外還可確認到,波長850nm的近紅外線的透射率為高達76.27%的值。 [實施例18] 作為原料,對碳酸鉀(K2 CO3 )水溶液和鎢酸(H2 WO4 )以K/W=0.25的比例進行了秤量、混合、及混煉,由此調製了原料混合物。
之後,使原料混合物在大氣中並在100℃的溫度下進行了12個小時的乾燥。
將10g乾燥後的原料混合物(前驅體)薄薄地平鋪在碳皿上,在以N2 氣體為載體的5vol%的H2 氣體氣流中並在550℃的溫度下進行了1個小時的加熱和保持(加熱步驟)。
接下來,在100vol%的N2 氣體氣流中並在550℃的溫度下進行了1個小時的保持後,昇溫至700℃,並在700℃的溫度下進行了1個小時的保持,藉此進行了均質化(均質化步驟)。
均質化步驟後獲得了藍色的粉體。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,並且求出了晶格常數,其結果為,a=7.3818Å,c=7.5413Å,故可確認到,其大致位於圖1所示的虛線12上。
此外,與實施例1同樣地進行了化學分析,並且求出了組成和氧空孔濃度,其結果為,Rb/W的值即x為0.248。另外,還求得氧空孔濃度NV 為4.13×1021 cm 3 。故可確認到,即使進行了同樣的處理,與Csx WO3―y 的情況相比,氧空孔濃度也變少了。
接下來,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之以,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性進行了評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收片的可視光透射率為94.98%,並且日射透射率為83.16%。此外,ST/VLT=0.876,盡管有點高,但也獲得了與實施例16相接近的近紅外線遮蔽效果。另外還可確認到,波長850nm的近紅外線的透射率為86.21%這樣的高值。 [實施例19] 作為原料,對碳酸銫(Cs2 CO3 )水溶液、碳酸銣(Rb2 CO3 )水溶液、及鎢酸(H2 WO4 )以Cs/W=0.13且Rb/W=0.20的比例進行了秤量、混合、及混煉,由此調製了原料混合物。
然後,使原料混合物在大氣中並在100℃的溫度下進行了12個小時的乾燥。
將10g乾燥後的原料混合物(前驅體)薄薄地平鋪在碳皿上,在以N2 氣體為載體的5vol%的H2 氣體氣流中並在550℃的溫度下進行了1個小時的加熱和保持(加熱步驟)。
接下來,在100vol%的N2 氣體氣流中並在550℃的溫度下進行了1個小時的保持後,昇溫至700℃,並在700℃的溫度下進行了1個小時的保持,由此進行了均質化(均質化步驟)。
均質化步驟後獲得了藍色的粉體。
對獲得的電磁波吸收粒子進行了XRD測定,其結果為,獲得了表示單一六方晶體的衍射線,故可確認到,其為Cs和Rb的固溶體。另外,求得的晶格常數的結果為,a=7.3960Å,c=7.5821Å。
此外,與實施例1同樣地進行了化學分析,並求出了組成和氧空孔濃度,其結果為,元素M/W的值即x為0.325。另外,還求得氧空孔濃度NV 為5.81×1021 cm 3
接下來,除了使用了本實施例中獲得的電磁波吸收粒子這點之外,與實施例1同樣地調製了電磁波吸收粒子分散液,並對平均粒徑和分光光學特性的評價。這些結果匯總示於表1和表2。
需要說明的是,電磁波吸收粒子分散液的可視光透射率為94.65%,並且日射透射率為75.81%。此外,ST/VLT=0.801,故獲得了與實施例1和/或實施例5相接近的良好的近紅外線遮蔽效果。此外還可確認到,波長850nm的近紅外線的透射率為72.54%,是比實施例1和/或實施例5還高的值。
[表1]
[表2]以上對電磁波吸收粒子、電磁波吸收粒子的製造方法、及電磁波吸收粒子分散液基於實施形態和實施例等進行了說明,但本發明並不限定於上述實施方式和實施例等。只要在申請專利範圍所記載的本發明的主旨的範圍內,還可進行各種各樣的變形和變更。
本申請主張基於2017年8月9日向日本國專利廳申請的特願2017-154812號的優先權,並將特願2017-154812號的內容全部引用於本國際申請。
[第1圖]鎢青銅的組成和晶格常數的相關關係的說明圖。 [第2圖]原子M為Cs時的鎢青銅的組成和晶格常數的相關關係的說明圖。

Claims (16)

  1. 一種電磁波吸收粒子,其包括具有氧缺陷的六方晶體的鎢青銅,上述鎢青銅由通式:MxWO3-y(此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示,氧空孔濃度NV為4.3×1014cm-3以上且8.0×1021cm-3以下,上述六方晶體的上述鎢青銅的晶格常數a和c、即、aM-HTB(Å)和cM-HTB(Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於以點A(7.406,7.614)、點B(7.372,7.564)、點C(7.393,7.504)、及點D(7.423,7.554)為頂點的四邊形ABCD的區域內的點(aM,cM)具有下式(1)和(2)的關係,aM-HTB=aM±0.0084‧‧‧(1) cM-HTB=cM±0.0184‧‧‧(2)。
  2. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收粒子,其中,上述元素M還包括從Na、Tl、In、Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、及Ga中選出的1種以上,作為添加元素。
  3. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收粒子,其中,上述元素M由Cs組成,六方晶體的上述鎢青銅的晶格常數a和c、即、aM-HTB(Å)和cM-HTB(Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於cCs=-3.436aCs+33.062的直線上的點(aCs,cCs)具有下式(3)和(4)的關係,aM-HTB=aCs±0.0084‧‧‧(3) cM-HTB=cCs±0.0184‧‧‧(4)。
  4. 如申請專利範圍第3項之電磁波吸收粒子,其中,上述cCs滿足7.576≦cCs≦7.610。
  5. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收粒子,其中,上述元素M由Rb組成,六方晶體的上述鎢青銅的晶格常數a和c、即、aM-HTB(Å)和cM-HTB(Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於cRb=-3.344aRb+32.265的直線上的點(aRb,cRb)具有下式(5)和(6)的關係,aM-HTB=aRb±0.0084‧‧‧(5) cM-HTB=cRb±0.0184‧‧‧(6)。
  6. 如申請專利範圍第5項之電磁波吸收粒子,其中,上述cRb滿足7.517≦cRb≦7.580。
  7. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收粒子,其中,上述元素M由K組成,六方晶體的上述鎢青銅的晶格常數a和c、即、aM-HTB(Å)和cM-HTB(Å)在晶格常數a(Å)為橫軸、晶格常數c(Å)為縱軸、且座標位置由(晶格常數a,晶格常數c)表示的座標空間內與位於cK=-2.9391aK+29.227的直線上的點(aK,cK)具有下式(7)和(8)的關係,aM-HTB=aK±0.0084‧‧‧(7) cM-HTB=cK±0.0184‧‧‧(8)。
  8. 如申請專利範圍第7項之電磁波吸收粒子,其中,上述cK滿足7.504≦cK≦7.564。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之電磁波吸收粒子,其中,在六方晶體的上述鎢青銅的晶體中存在的WO6八面體內,自〔從W原子觀 察時存在於c軸方位的O原子〕至〔中心的W原子〕的距離的最大值和最小值之比為1.00以上且1.10以下。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之電磁波吸收粒子,其平均粒徑為0.1nm以上且100nm以下。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之電磁波吸收粒子,其中,粒子的表面被包含從Si、Ti、Zr、及Al中選出的1種以上的原子的化合物進行了改質。
  12. 一種電磁波吸收粒子分散液,其包括申請專利範圍第1至第11項中的任一項之電磁波吸收粒子;及從水、有機溶劑、油脂、液狀樹脂、及液狀塑膠用可塑劑中選出的1種以上的液狀介質,上述液狀介質中分散了上述電磁波吸收粒子。
  13. 如申請專利範圍第12項之電磁波吸收粒子分散液,其中,上述電磁波吸收粒子的含有量為0.01質量%以上且80質量%以下。
  14. 一種電磁波吸收粒子的製造方法,其係申請專利範圍第1至第11項中的任一項之電磁波吸收粒子的製造方法,具有:加熱步驟,對原料混合物在還原性氣體的氣流中並在400℃以上且650℃以下的固相反應溫度下進行加熱;及均質化步驟,在比上述固相反應溫度還高的溫度下進行熱處理,上述原料混合物包含元素M(此處,上述元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上)和W,元素M和W的原子數比M/W即x為0.15≦x≦0.33。
  15. 一種電磁波吸收粒子的製造方法,其具有:加熱‧還原步驟,對原料混合物在真空環境或非活性氣體環境中並在750℃以上且950℃以下進行加熱, 上述原料混合物包括WO3;從M2CO3和M2WO4中選出的1種以上(此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上);及從單質鎢和O/W的原子數比未達3的氧化鎢中選出的1種以上,元素M和W的原子數比M/W即x為0.15≦x≦0.33。
  16. 一種電磁波吸收粒子的製造方法,其具有:退火步驟,將含有氧缺陷的由通式:MxWO3-y(此處,元素M包括從至少K、Rb、及Cs中選出的1種以上,0.15≦x≦0.33,並且0<y≦0.46)表示的鎢青銅放入非還原性材質的坩堝內,並且在氧化性氣體的環境中並在300℃以上且650℃以下進行退火。
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