Многослойная пленка с избирательной светопроницаемостью

 

Использование: для нанесения на оконные и автомобильные стекла для уменьшения теплового воздействия солнечного излучения. Сущность изобретения. Многослойная пленка, обладающая избирательной светопроницаемостью, содержащая прозрачную органическую подложку с последовательно расположенными на ней слоем серебра или меди толщиной 3 6 нм и слоем диэлектрика, отличающаяся тем, что слой диэлектрика представляет двухкомпонентную островковую структуру в виде неупорядоченной смеси частиц хрома и оксида хрома толщиной 3 6 нм. 1 табл.

Изобретение относится к слоистым материалам с избирательной светопроницаемостью, предназначенным для заданного пропускания солнечной энергии в видимой области спектра и отражения в инфракрасном диапазоне, используемых, в частности, для нанесения на оконные и автомобильные стекла как летние пленки, т. е. с целью уменьшения теплового воздействия внешнего излучения.

Предлагаемый тип пленок может быть также использован в качестве так называемых зимних пленок для нанесения на оконные стекла с целью уменьшения тепловых потерь помещения в зимнее время.

Известна многослойная пленка с избирательной светопроницаемостью, содержащая прозрачную органическую подложку, а также отражающий металлический слой толщиной 5-40 нм, заключенный между двумя слоями диэлектрика толщиной 20-60 нм каждый. В качестве материала для металлического слоя используются Au, Ag, Cu или их сплавы, а для диэлектрических слоев нитрид металлов (предпочтительно нитрид алюминия). Данное покрытие обладает пропусканием в видимой области (при длине волны λ=0,55 мкм) до 85% и отражением в инфракрасном диапазоне ( λ2,5 мкм) до 95% Эти характеристики несколько ухудшаются в случае двухслойной структуры, в которой внутренний диэлектрический слой отсутствует.

Известна также многослойная пленка с избирательной светопроницаемостью, содержащая прозрачную органическую подложку с последовательно нанесенными на нее отражающим слоем металла толщиной 3-50 нм и просветляющим слоем диэлектрика толщиной 20-300 нм. Материалом отражающего слоя являются металлы из ряда Ag, Cu, Al и их сплавы и диэлектрического слоя оксиды Zz и Si. Пропускание света в видимой области составляет примерно 75% а отражение в ИК-диапазоне около 80% Известна также пленка, в которой в качестве просветляющего слоя используются слои диэлектрика толщиной несколько десятков нанометров и более. При таких толщинах пленка диэлектрика является сплошной (не островковой), а просветляющий эффект достигается за счет обычного интерференционного гашения отраженных от поверхностей металла и диэлектрика лучей. Двухслойные покрытия такого типа имеют невысокую отражающую способность в ближней ИК-области, на которую приходится значительная доля энергии теплового излучения. Так в известных пленках коэффициент отражения при λ=1 мкм составляет менее 45% Это обстоятельство ограничивает эффективность применения этих пленок в качестве теплоотражающих покрытий.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания двухслойной пленки с высокой пропускательной способностью в видимой области спектра, высокой отражающей способностью в ИК-диапазоне и улучшенными спектральными характеристи- ками, основанными на использовании эффекта резонансного рассеяния света в двухкомпонентной островковой структуре диэлектрического слоя.

Использование изобретения позволяет получить двухслойную пленку, обладающую пропусканием в видимой области ( λ0,55 мкм) более 86% отражением в ИК-диапазоне ( λ2,5 мкм) более 93% и улучшенными спектральными характеристиками: положение пика пропускания лежит в области максимальной чувствительности глаза ( λ≈0,55 мкм), а коэффициент отражения в ближней ИК-области ( λ1 мкм) составляет не менее 60% что на 15% больше, чем в известной пленке.

Сущность изобретения заключается в том, что в многослойной пленке, обладающей избирательной светопроницаемостью, содержащий прозрачную органическую подложку с последовательно расположенными на ней слоем металла, выбранного из ряда, включающего серебро и медь толщиной 3-6 нм и слоем диэлектрика, слой диэлектрика представляет двухкомпонентную островковую структуру в виде неупорядоченно расположенных частиц Сr и Сr₂O₃ толщиной 3-6 нм.

Использование в качестве диэлектрического слоя островковой двухкомпонентной структуры позволяет добиться более резко выраженного просветляющего эффекта по сравнению с традиционно используемыми сплошными (более толстыми) слоями диэлектрика.

Выбор используемых пределов толщины металлического слоя определяется тем, что пленки Ag и Cu толщиной более 6 нм недостаточно прозрачны в видимой области спектра, в то время как слои толщиной менее 3 нм не являются сплошными и обладают, следовательно, более низким отражением в ИК-области. Выбор толщины диэлектрического слоя определяется условиями получения островковой структуры указанного выше типа. При толщине слоя более 6 нм отдельные островки Сr и Сr₂O₃ сливаются, образуя сплошной диэлектрический слой, не содержащий металлического компонента хрома. При этом эффект резонансного рассеяния света на островках Gr и Сr₂O₃, определяющий просветляющие качества слоя, ослабляется. В случае, когда толщина диэлектрического слоя меньше 3 нм, количество обоих островковых компонентов недостаточно для эффективного процесса светорассеивания.

На фиг. 1 и 2 приведены электронные микрофотографии островковой структуры двух различных по толщине (3 нм и 6 нм соответственно) слоев диэлектрика из смеси Сr и Сr₂O₃. Фигурам 1 и 2 соответствует масштаб: 1 см 0,1 мкм и 0,33 мкм. Видно, что долевое соотношение обоих компонентов лежит в пределах 3-5 5-3.

Способ получения предлагаемой пленки включает следующие стадии: а) получение металлического слоя посредством вакуумного электронно-лучевого или магнетронного напыления металла, выбранного из ряда Ag, Сu на прозрачную органическую подложку при температуре около 300 К и давлении не более 5˙10^-6 мм рт. ст. толщиной 3-6 нм. При этом в качестве органической подложки используют органическую пленку Polyester Myelar толщиной ≈1 мкм; б) получение диэлектрического слоя посредством вакуумного, электронно-лучевого или магнетронного напыления хрома на полученный металлический слой в атмосфере кислорода с давлением не более 8˙10^-5 мм рт. ст. при комнатной температуре толщиной 3-6 нм.

При этом в результате химической реакции хрома с кислородом происходит частичное оксидирование хрома и тем самым из-за неполного окисления образуются частицы металлического хрома и оксида хрома, т. е. получается двухкомнатная островковая структура.

Примеры многослойных пленок с избирательной светопроницаемостью приведены в таблице.

Из таблицы видно, что в тех случаях, когда требуется обеспечить высокое пропускание видимого света и высокое отражение более длинных волн, начиная уже с ближней ИК-области, оптимальными являются образцы 2-4, обладающие средним пропусканием в видимой области 74,5-87% пропусканием в пике ( λ≈0,52 мкм) 86-98% и отражением в ИК-диапазоне 68-71 и 94-98% при длине волны 1 мкм и 2,6 мкм соответственно. Образцы 2-4 могут быть использованы в качестве летнего покрытия для ветровых автомобильных стекол, коэффициент пропускания которых в видимой области должен быть не менее 70% Требования на прозрачность летних покрытий для оконных стекол, как правило, не столь жесткие. Более того, поскольку значительная часть энергии солнечного излучения приходится на видимую область спектра, пропускание таких пленок в видимой области более 50% нежелательно. Среди представленных в таблице образцов опти- мальными для использования в качестве лет- них покрытий для оконных стекол являются образцы 9, 11 и 12, обладающие средним пропусканием в видимой области около 50% пропусканием в пике ( λ≈0,58-0,59 мкм) 60-72% отражением при λ=1 мкм 59-70% а при λ2,6 мкм 95-98% Представленный в таблице образец 1 обладает средним пропусканием в видимой области 67,5% и коэффициентом отражения 25% и 55% при длинах волн 1 мкм и 2,6 мкм соответственно. Таким образом, образец пропускает большую часть солнечной энергии как в видимой, так и инфракрасной области спектра. В то же время при длине волны 5 мкм, соответствующей нижней границе теплового излучения тела, нагретого до комнатной температуры, коэффициент отражения уже значителен и составляет около 90% Соответственно образец 1 удовлетворяет требованиям, предъявляемым к зимним пленкам.

Остальные пленки, представленные в таблице, могут использоваться в качестве зимних и летних покрытий оконных стекол, к которым предъявляются не столь жесткие требования по среднему пропусканию в видимой области.

Формула изобретения

МНОГОСЛОЙНАЯ ПЛЕНКА С ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ СВЕТОПРОНИЦАЕМОСТЬЮ, содержащая прозрачную органическую подложку с расположенным на ней слоем меди или серебра, толщиной 3 6 нм и последующим слоем диэлектрика, отличающаяся тем, что слой диэлектрика представляет собой двухкомпонентную островковую структуру в виде неупорядоченной смеси частиц хрома и оксида хрома толщиной 3 6 нм.

РИСУНКИ

Рисунок 1