JP4984064B2 - 光反射透過材料、光反射透過装置および光反射透過窓 - Google Patents
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そのため、可視光線波長域において、より高い光透過率を示す光反射透過材料が望まれる。
水素化された光透過状態で価電子帯および伝導帯を有し、前記価電子帯と前記伝導帯とのバンドギャップが、所定の可視光線波長領域に属する可視光線の光子エネルギよりも大きい物質からなる、ことを特徴とする光反射透過材料が提供される。
透明材料板と、
該透明材料板に支持されるように形成され、上述の光反射透過材料からなる光反射透過材料膜と、
該光反射透過材料膜に対し水素を含む水素化用ガスを供給することで、前記光反射透過材料膜を水素化して光透過状態にするガス供給装置と、を備える、ことを特徴とする光反射透過装置が提供される。
透明材料板と、
該透明材料板に支持されるように形成され、上述の光反射透過材料からなる光反射透過材料膜と、
該光反射透過材料膜上に形成され、プロトンを含有するプロトン含有膜と、
前記光反射透過材料膜を負極側とし前記プロトン含有膜を正極側として、前記プロトン含有膜を介して前記光反射透過材料膜に電圧を印加することで、前記光反射透過材料膜を水素化して光透過状態にし、前記光反射透過材料膜を正極側とし前記プロトン含有膜を負極側として、前記プロトン含有膜を介して前記光反射透過材料膜に電圧を印加することで、前記光反射透過材料膜を脱水素化して光反射状態にする電圧印加装置と、を備える、ことを特徴とする光反射透過装置が提供される。
従来との比較のために述べると、従来において光反射透過材料として使用されていたMgNi合金の場合、MgNi合金が水素化されたMgNiH化合物の価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップは、1.9eVである(例えば、非特許文献3)。1.9eVを光子波長に変換すると約650nmである。従って、MgNiH化合物に入射する光のうち約650nm以下の波長の光は、価電子帯の電子を、バンドギャップを超えて伝導体に励起できるため、MgNiH化合物を透過しにくい。
図2の縦軸は、図1の縦軸の単位「光透過率」を光吸収係数αに換算し、さらに、この各光吸収係数αを次の間接バンドギャップの式(1)に適用して得た値を示している。なお、式(1)において、hはプランク定数であり、νは振動数である。
(h・ν・α)0.5 ・・・(1)
図2の横軸は、図1の横軸の単位「光の波長」を光子エネルギhνに換算した値(eV)を示している。
MgAlH化合物のバンドギャップは3.1eVであるので(例えば、非特許文献3)、MgNiH化合物のデータを基に、MgAlH化合物のデータを推測すると、図2の三角形マークのようになる。
また、MgCuH化合物のバンドギャップは2.2eVであるので(例えば、非特許文献3)、MgNiH化合物のデータを基に、MgCuH化合物のデータを推測すると、図2の正方形マークのようになる。
即ち、図3において、縦軸は光透過率を示し、横軸は光波長を示している。また、図3において、三角形マークはMgNiH化合物のデータを示し、菱形マークはMgCuH化合物のデータを示し、正方形マークはMgAlH化合物のデータを示している。厳密には、三角形マークは、ガラス板上にPd膜とMgNiH化合物膜とを形成したものを示し、菱形マークは、ガラス板上にPd膜とMgCuH化合物膜とを形成したものを示し、正方形マークは、ガラス板上にPd膜とMgAlH化合物膜とを形成したものを示している。
図3において、各波長に関して、MgNiH化合物を示す菱形マークによる曲線で表される透過値に、太陽光スペクトルによる強度を乗算し、この乗算値を可視光線領域(250nm〜750nm)に渡って波長で積分した。この積分値は、可視光線領域(250nm〜750nm)における太陽光の総透過光量である。
同様に、MgAlH化合物とMgCuH化合物についても、上記積分値、即ち、総透過光量を求めた。
その結果、MgNiH化合物の太陽光の総透過光量を1とすると、MgAlH化合物の太陽光の総透過光量は1.22(22%増)となり、MgCuH化合物の太陽光の総透過光量は1.05(5%増)となった。
従って、MgAl合金を光反射透過材料として用いることで、水素化した状態において、太陽光に対する光透過率を、MgNiH化合物と比較して大幅に(1.22倍)向上させることができる。また、MgCu合金を光反射透過材料として用いることで、水素化した状態において、太陽光に対する光透過率を、MgNiH化合物と比較して(1.05倍)向上させることができる。
また、光反射透過装置10は、Pd膜7を備えていてよい。透明材料板9上に光反射透過材料膜3を形成し、この光反射透過材料膜3上にPdからなるPd膜7を形成する。光反射透過材料膜3の厚みは、1nm〜100nmであってよく、Pd膜7の厚みは、1nm〜10nmであってよい。Pd膜7は、水素化ガス中の水素分子を水素原子に分離する機能を有する。従って、ガス供給装置5からの水素分子はPd膜7中で水素原子に分解されて光反射透過材料膜3内に導入され、これにより、光反射透過材料膜3を水素化できる。なお、透明材料板9は、透明なガラス板、プラスチック板または他の適切なものであってよい。
上記空間13に、ガス供給装置5が上述の水素化ガスまたは脱水素化ガスを供給するようになっている。排気口15を外部に開放して、ガス供給装置5から空間13に水素化ガスを供給し、光反射透過材料膜3が光透過状態にし、空間13内のガスが水素化ガスに置き換えられたら、排気口15を蓋17で閉じる。
光反射透過材料膜3を光反射状態に切り換える場合には、蓋17を開けた状態でガス供給装置5が脱水素化用ガス(例えば、酸素ガス)を空間13に供給する。これにより、光反射透過材料膜3を脱水素化し光反射状態に切り換えることができる。
プロトン蓄積層21aは、透明導電膜25上に形成され、光反射透過材料膜3の水素化に使用される水素原子をプロトンとして貯蔵する。プロトン蓄積層21aは、例えば、酸化タングステン薄膜や酸化ニオブ薄膜等の遷移金属化合物薄膜であってよい。また、プロトン蓄積層21aの厚みは500nm程度であってよい。
固体電解質層21bは、プロトン蓄積層21a上に形成され、透明であり内部でプロトンが容易に移動できる特性を持つ層である。固体電解質層21bは、例えば、酸化タンタル薄膜、酸化ジルコニウム薄膜、または、上記特性を持つ他の材料であってよい。また、固体電解質層21bの厚みは500nm程度であってよい。
触媒層21cは、透明であり、固体電解質層21b上に形成され、固体電解質層21bおよび光反射透過材料膜3に対するプロトンの出入りを促進させる特性を持つ層である。触媒層21cは、例えば、パラジウム、白金、または、上記特性を持つ他の材料であってよい。また、触媒層21cの厚みは0.5nm〜10nm程度であってよい。触媒層21cは、光反射透過材料膜3が固体電解質層21bに直接接触しないようにする役割も持っている。なお、触媒層21cの代わりに、プロトンが透過できる適切な透明材料からなる保護膜を用いてもよい。
触媒層21cの上に膜厚1nm〜100nm程度の光反射透過膜3が形成され、この光反射透過膜3の上に膜厚10nm〜2000nm程度の透明導電膜26が形成される。また、図6の例では、電圧印加装置23は、透明導電膜25、26をそれぞれ正極または負極として光反射透過膜3およびプロトン含有膜21に電圧を印加する。
逆に、電圧印加装置23が、光反射透過膜3を正極側としプロトン含有膜21を負極側として数ボルトの電圧を印加すると、プロトンが光反射透過材料膜3から固体電解質層21bを通ってプロトン蓄積層21aへ移動する。その結果、プロトン蓄積層21aが着色し、光反射透過材料膜3も脱水素化されて光反射状態になる。
また、図6の光反射透過装置20を建物または乗り物の窓に適用することができる。
例えば、上述の光反射透過装置10、20は、建物や乗り物の窓以外にも、例えば表示装置のスクリーンに適用してもよい。
9 透明材料板、10 光反射透過装置、11 シール部材、
13 空間、15 排気口、17 蓋、20 光反射透過装置、
21 プロトン含有膜、21a プロトン蓄積層,21b 固体電解質層
21c 触媒層、23 電圧印加装置、25、26 透明導電膜(透明材料板)
27 ガラス等の板(透明材料板)
Claims (4)
- 水素化することにより光透過状態にし、脱水素化することにより光反射状態にする材料として用いられる光反射透過材料であって、
水素化された光透過状態で価電子帯および伝導帯を有し、前記価電子帯と前記伝導帯とのバンドギャップが、所定の可視光線波長領域に属する可視光線の光子エネルギよりも大きい物質からなり、
前記物質がMgとAlとからなる合金である、ことを特徴とする光反射透過材料。 - 透明材料板と、
該透明材料板に支持されるように形成され、請求項1に記載の光反射透過材料からなる光反射透過材料膜と、
該光反射透過材料膜に対し水素を含む水素化用ガスを供給することで、前記光反射透過材料膜を水素化して光透過状態にするガス供給装置と、を備える、ことを特徴とする光反射透過装置。 - 透明材料板と、
該透明材料板に支持されるように形成され、請求項1に記載の光反射透過材料からなる光反射透過材料膜と、
該光反射透過材料膜上に形成され、プロトンを含有するプロトン含有膜と、
前記光反射透過材料膜を負極側とし前記プロトン含有膜を正極側として、前記プロトン含有膜を介して前記光反射透過材料膜に電圧を印加することで、前記光反射透過材料膜を水素化して光透過状態にし、前記光反射透過材料膜を正極側とし前記プロトン含有膜を負極側として、前記プロトン含有膜を介して前記光反射透過材料膜に電圧を印加することで、前記光反射透過材料膜を脱水素化して光反射状態にする電圧印加装置と、を備える、ことを特徴とする光反射透過装置。 - 請求項2または3に記載の光反射透過装置を建物または乗り物の窓として取り付けた光反射透過窓。
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