[发明专利]光转换装置

说明书

本发明涉及一种包括基板和转换膜的光转换装置，其中转换膜包括三价金属和镁的氢化物，通过氢的交换可将该氢化物从含氢量低的、镜状组合物可逆地转换成含氢量大的透明组合物。本发明进一步涉及一种可用于光转换装置的转换膜。本发明还涉及一种包含这种转换膜的电化学转换装置。此外本发明还涉及这种转换装置的应用。

在相关的转换装置中，光学性能受外部影响，例如气压，电位或电流的控制。

由本申请人提交的欧洲专利申请EP-A-0871926可知，依据本文开头所述的转换装置是已知的。在所述申请中公开的转换膜包含三价金属，如钆，镥，钇，镧和镁的氢化物，且优选覆盖一钯层。所述转换膜在其低氢态和高氢态之间有较大反差，在这方面提供极好的结果。为此参考Nagengast等人在Appliedphysics letters，volume 75，nr.14的文章“Contrast enhancement of rare-earthswitchable mirrors through microscopic shutter effect”。但是如在后一公开出版物中所讨论的，在重复循环之后，相分离成镁和稀土氢化物，还会使可转换镜面的寿命较短。

本发明的一个目的是提供一种使用寿命提高了的光学转换装置。

根据本发明，通过本文开头所述的一种光学转换装置可以达到该目的，且该转换装置的特征在于三价金属包括钪。

已发现钪镁合金是一种非常好的储氢材料。由于钪和镁原子大约为相同尺寸，因此形成一种所谓的固溶物。材料在镜状和透明或黑色状态之间的重复循环基本不会导致相分离成镁和钪氢化物，或至少比镁—稀土合金的程度小得多。因此，由于在转换层中形成大的镁颗粒造成的使用寿命问题得以避免，或至少明显地推迟。

依据本发明的钪镁转换膜在透明状态下具有非常高的透光率，在不透明状态下具有几乎为0的非常低的透光率。这意味着高反差，其中该反差为两种透过率数值之比。钪镁转换膜受转换膜中氢含量的控制可提供三种稳定状态，即，随着氢含量增加为：镜状状态，黑色吸收状态和透明状态。

有利地是该转换膜含1-50原子％的钪和50-99原子％的镁，更有利的是15-40原子％的钪和60-85原子％的镁，优选含35原子％的钪和65原子％的镁。

在该合金中不同组分的具体量是通过权衡它们之间动力学和氢摄入量得到的。

可使用交替叠置的钪镁薄层来代替钪镁合金，例如，具有50对MgSc的多层叠层。这种多层具有附加的优点，能增加光学状态之间的转换速度。

在一具体实施方式中，该钪镁转换膜还包括另一种三价金属。

该转换膜可包括例如多于一种三价金属和镁的氢化物，如钪—钆—镁氢化物，ScGdMgH_x。当然，也可以使用钪和其它三价金属的组合。

在一有利的实施方式中，钪镁转换膜还包括另外一种选自以下组的元素，该组包括镍，铝，铬，硅，铁，钴，银，锆，铌，钽和铪。

在Sc₃₀Mg₇₀中加入1％的Ni，延长寿命4倍，而加入2％的Ni，延长寿命11倍。

用氢对转换膜进行转换。转换膜的透光率受氢含量的控制：当氢含量增加时，透光率增加。如果将分子态的氢气供给到转换膜，则随着氢气压的增加透光率也增加。氢气必须分离成原子氢。通过在转换层表面上提供一催化活性层，例如有一定厚度，如5nm的薄钯层可提高该分离率。在所述厚度处该钯层是不连续的。层厚度不重要，可在2到25nm之间选择。但是由于钯层厚度决定了转换装置的最大透光率，因此优选2到10nm的薄层。此外，钯层防止其下的转换层被氧化。

除了钯，在转换膜上还可以设置促进氢分离的其它催化活泼金属，例如铂，镍和钴，或这些金属的合金。

在一有利的实施例中，催化活性层包括Ag(x)Pd(1-x)，其中x约为0.25。

这种催化层在循环使用耐久性方面显示出显著的改进性能。

为了改进该循环使用耐久性，一个可替代的方法是，在催化活性层和转换膜之间放置一保护层。

所述保护层优选包括NiZr或ZrOH的化合物，且其厚度为10到100nm。

一种简单的方法是，在室温下使分子态的氢从充满H₂的气筒通过转换膜。由此氢含量低的镜状转换膜变化为透明的富氢状态。这种转换是可逆的：通过加热和/或除氢，该透明的膜可转换到镜状状态。所述可逆转换可在室温下或更高的温度下发生。