專利名稱：配置有熱變色氧化物層的基片的制作方法
技術領域：
本發明涉及配置有熱變色氧化物層的基片。本發明還涉及這種基片的特殊應用，特別是作為光學溫度指示器和用于IR(紅外)輻射的溫度相關反射器。
從美國專利3834793中已知上述的基片。根據該專利，獲得了可變換的光學組分，其中在基片上配置有熱變色物質的薄膜。提及的合適的基片是在石英襯底或不銹鋼上的鋁。配置有熱變色氧化物的基片直接可用作溫度相關反射鏡。這種熱變色物質顯示出反射特性的變化，因此由于溫度變化而有顏色的變化。對某些熱變色物質，這種變化是非常明顯，如從紅到黑、從黃到紅和從黃到深褐色，在美國專利3323241中給出了熱變色氧化物的廣泛綜述及其顏色的特征變化。該專利還提及氧化釩，其中說到塊狀氧化釩的反射很差，并且在高、低溫之間的相變時的反差也小。雖然VO2的特征反射并不優異，但使用VO2的原因是其相變溫度低，便于實際應用。另一原因是與其它熱變色物質相比，VO2是同等穩定的。
因此，本發明的目的是研制一種可以以基質中的小顆粒形式提供的基片，接著按需在任何大小的基面上涂以涂層。
本發明的另一目的是提供一種對腐蝕不敏感并且配置有熱變色氧化物的基片。
本發明的另一目的是提供一種可方便地用作光學溫度指示器的基片。
此外，本發明按其目的提供一種以簡單方式用作IR輻射的溫度相關的反射器的基片。
根據本發明，上述基片的特征在于，該基片是直徑＜200μm的基片，這種顆粒型的基片配置有一層晶狀熱變色氧化物，層厚＜150nm，相變溫度低于150℃。
在本發明范圍內，術語“顆粒”應理解為片狀顆粒或絮片。這種顆粒的特征是縱橫比＞10。此外，對本發明重要的是顆粒的取向應平行于配置以顆粒的基面。
特別是為將基片作為分散顆粒以已知方法配置于在基面上的透明基體中，其直徑＜200μm是希望的，該基面例如是電熨斗的底面。如果使用直徑超出上述范圍的顆粒，實際上不可能在基面上的薄層中配置該基片，同時沒有顆粒顯示出所需的反射程度。此外，例如其中有直徑超出上述范圍的顆粒存在的分散體的加工容易性將得不到滿足，特別是在此種分散體噴霧的情況下更是如此。熱變色氧化物必需是晶狀的，因為非晶態沒有相變。此外，從實際應用看，相變需在低于150℃下發生，晶狀熱變色氧化物的厚度要＜150nm，以致達到所需的光學效果。
在本發明的特定實施方案中，優選厚度為＜100nm的晶狀熱變色氧化物層的相變溫度＜100℃。這種相變溫度特別對家庭應用如電熨斗的底面是希望的，因為必需防止與能引起傷害的熱表面的肉體接觸的危險。
可提及的適宜的基片是鋅、銅、鋁、其合金和云母。
直徑＜75μm，特別優選直徑為7-45μm的鋁作為基片是特別優選的，因為它有有利的光學效果，同時也有較大的動態范圍。在實驗中表明，如果要在基片上配置許多層時，鋁是非常穩定的基片。
在本發明的另一實施方案中，優選使用直徑＜150μm的云母，該物質對腐蝕特別不敏感。
優選用VO2作為熱變色氧化物，特別是有單斜結構的VO2，該物質有高的折射率，并且是半透明的。單斜VO2特別適合作為熱變色氧化物，其在約68℃時相變到四方結構，在該相變時折射率有明顯改變。
雖然美國專利5364467中公開了配置有第一無色的金屬氧化層和在其上的非選擇性吸收層的顆粒型金屬基片，但從該專利并不知道這種顆粒用作熱變色材料。那里公開的該申請特別涉及用于汽車工業的油漆和清漆。此外，美國專利未公開熱變色氧化物必需是晶狀的。
此外，在某些實施方案中，透明的或選擇性吸收的金屬氧化物是配置在基片和在基片上配置的熱變色氧化物層之間，該附加層的厚度優選＜1μm，特別是＜500nm。優選地以選自二氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅、氧化鋁、氧化錫、五氧化二釩、氧化鉻、氧化鐵(III)、及其混合物的金屬氧化物作為合適的透明的或選擇性吸收的金屬氧化物，從其低折射率值和高的化學惰性考慮，二氧化硅和氧化鋁是特別優選的。此外，氮化硅和氟化鎂也可作為中間層的合適的透明的或選擇性吸收的材料。
在本發明的某些實施方案中，晶狀熱變色氧化物層的相變應被降低，其效果可由價態為≥5的一種或幾種過渡金屬摻雜該層來達到，該過濾金屬例如選自鈦、鈮、鉬、銥、鉭和鎢以及其混合物。
在本發明的某些實施方案中，如果希望升高晶狀熱變色氧化物層的相變，優選用價態為≤4的一種或多種過渡金屬摻雜的熱變色氧化物層，該過渡金屬例如選自鋁、鉻和鐵，或其混合物。但應指出，在價態為4的情況下，相變是否增加和降低是稍不可預計的。
上面提到的要加入的摻雜劑的量取決于所需的溫度偏移，并可由通式V1-xMxO2給出，其中M是摻雜劑元素，X是化學計算量，理想是0＜X＜0.1，優選0＜X＜0.05。
此外，在本發明的某些實施方案中，優選是透明的或選擇性吸收的金屬氧化物的附加層是配置在晶狀熱變色氧化物層的上方。該附加層不僅有光學功能，而且有保護功能，例如在基體中混用顏料或在使用所述基片的過程中。在這種實施方案中，也可能使透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層處于晶狀熱變色氧化物層和基片之間，盡管本發明未限制該中間層的存在。根據本發明，還可提供一種基片，如鋁，它有一層VO2，并且在其上還有一層如二氧化硅。另一種可能是在鋁上配置例如二氧化硅層，接著配置VO2層，該VO2層還可配置有例如二氧化硅層。
可配置在晶狀熱變色氧化物層上的合適的金屬氧化物可選自二氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅、氧化鋁、氧化錫、氧化鉻、氧化鐵、和其混合物，從其低折射率值和其化學惰性考慮，二氧化硅和氧化鋁是特別優選的。此外，氮化硅和氟化鎂也可作為該種覆蓋層的合適的透明的或選擇性吸收的材料。這種透明的或選擇性吸收的金屬氧化物的厚度＜1μm，特別優選＜500nm。
本發明的基片特別適用作為光學溫度指示器。因此，該顆粒型基片配置于經受溫度變化的基面上的透明基體中。其可能的應用為電熨斗的底板、水壺的壁、電熱板等，還可用于特別希望基片的顏色能對主要溫度提供指示的場合。
本發明基片的另一應用是用作IR輻射的溫度相關反射器，特別是對要控制溫度的物體如衛星面板。
權利要求
1.一種配置有熱變色氧化物層的基片，其特征在于，基片顆粒的直徑為＜200μm，該顆粒型基片配置有晶態熱變色氧化物層，其層厚為＜150nm，其相變溫度為低于150℃。
2.權利要求1的基片，其特征在于，晶狀熱變色氧化物層的厚度為＜100nm，相變溫度＜100℃。
3.權利要求1和2的基片，其特征在于，用鋅、銅、鋁、其合金、或云母作為基片。
4.權利要求3的基片，其特征在于，用直徑＜75μm的鋁作為基片。
5.權利要求3的基片，其特征在于，用直徑＜150μm的云母作為基片。
6.權利要求1的基片，其特征在于，用VO2作為熱變色氧化物。
7.權利要求6的基片，其特征在于，采用單斜結構的VO2。
8.權利要求1-7的基片，其特征在于，透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層配置在基片和熱變色氧化層之間。
9.權利要求8的基片，其特征在于，該透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層基本上由選自氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅、氧化鋁、氧化錫、氧化鉻、五氧化二釩、氧化鐵、和其混合物的金屬氧化物構成。
10.權利要求8和9的基片，其特征在于，該透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層的厚度為＜1μm。
11.權利要求10的基片，其特征在于，該透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層的厚度為＜500nm。
12.權利要求1-11的基片，其特征在于，將一種或多種摻雜劑加到熱變色氧化物層中，該摻雜劑選自鈦、鈮、鉬、銥、鉭、鎢、和其混合物。
13.權利要求1-11的基片，其特征在于，將一種或多種摻雜劑加到熱變色氧化物層中，該摻雜劑選自鋁、鉻、鐵、和其混合物。
14.權利要求12和13的基片，其特征在于，在通式為V1-xMxO2的摻雜的氧化釩中，化學計算量x＜0.1，M為摻雜元素。
15.權利要求1-14的基片，其特征在于，透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層配置在晶狀熱變色氧化物上方。
16.權利要求15的基片，其特征在于，該透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層基本上由選自氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅、氧化鋁、氧化錫、氧化鉻、五氧化二釩、氧化鐵、和其混合物的金屬氧化物構成。
17.權利要求15和16的基片，其特征在于，該透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層的厚度為＜1μm。
18.權利要求17的基片，其特征在于，該透明的或選擇性吸收的金屬氧化物層的厚度為＜500nm。
19.權利要求1-18的基片用作光學溫度指示器的應用。
20.權利要求19的基片，其特征在于，顆粒型基片配置在位于電熨斗底板上的透明基體中。
21.權利要求1-18的基片用作IR輻射的溫度相關反射器的應用。
22.權利要求21的基片，其特征在于，該基片是配置在衛星面板上。
全文摘要
本發明涉及一種含熱變色氧化物的基片,該基片為直徑小于200μm的顆粒,該顆粒型基片配置有晶狀熱變色氧化物涂層,層厚小于150nm,其相變溫度低于150℃。
文檔編號G09F3/02GK1327467SQ00802359
公開日2001年12月19日 申請日期2000年8月3日 優先權日1999年8月24日
發明者E·P·博尼坎普 申請人:皇家菲利浦電子有限公司