[发明专利]基于碳SiOC的碱金属阻挡层

说明书

本发明涉及一种对碱金属离子(ions alcalins)的扩散形成阻挡的薄的、基于碳氧化硅的透明层。本发明还涉及—种在无机玻璃基材上制备这种层的方法。

已知碱金属离子特别是钠离子从玻璃基材(硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃)向薄功能层如TiO₂基光催化层、透明导电氧化物(TCO)层或疏水性有机层的扩散并在其中的扩散损害这些功能层固有的有利性质。

也已知，在富含碱金属离子的无机玻璃基材与要保护的所述功能层之间插入无机氧化物薄层作为抗碱金属离子扩散的阻挡层。作为这种氧化物的实例，可以提到氧化硅、氧化铝、氧化锆、锌/锡氧化物、氧化钛和碳氧化硅(SiOC)。例如，在申请EP1708812、EP1686595和US2003/612033中提及了碳氧化硅层对于碱金属离子的阻挡性质。

据申请人所知，目前不存在关于SiOC层的碳含量对碱金属离子的阻挡或捕获能力的影响的研究。在其目的在于优化碳氧化硅下层(为了它们随后用疏水剂的功能化)的研究范围中，而本申请人观察到，最富含碳的碳氧化硅层具有最好的对碱金属离子的阻挡性质，同时也是优异的用于疏水功能试剂的粘结层。

然而，薄碳氧化硅层的碳含量的增加体现为窗玻璃中不希望的黄色着色外观。从审美观点来看，这样的着色是令人不舒服的，特别在对于汽车窗玻璃和住宅用窗玻璃的领域中。其在光伏电池领域是更难以接受的，其中由于过滤掉可见光中的蓝光和绿光成分，显著降低了能源效率。

本发明是基于这样的发现，即通过直接在富碳的碳氧化钠薄层上沉积基本不含碳的氧化硅(SiO₂)薄层或沉积比下邻层明显更贫碳的碳氧化钠层，可以显著降低富碳的碳氧化钠薄层的黄色色调。

因此，本发明涉及含有碱金属离子的玻璃基材，其被提供有富碳的、碳氧化硅的第一透明薄层以及直接沉积在所述第一层上的第二透明薄层，与第一层相比，第二透明薄层显著更少富含碳的或甚至基本上不含碳。

然而，在最终产物中，通常不可能确定富碳的SiOC层和贫碳或无碳的层之间的边界，在本申请中这两层分别被定义为具有富碳的深区域(对应于上述第一层)和贫碳或不含碳的浅表区域(对应于上述的第2层)的单层。

因此，本发明的一个主题是包括透明玻璃基材和碳氧化硅(SiO_xC_y)透明层的窗玻璃，其中所述透明玻璃基材含有至少一种碱金属的离子，所述透明层具有总厚度E并且具有

-富碳的深区域，其从深度P₃延伸到深度P₄，其中C/Si原子比大于或等于0.5，及

-贫碳的浅表区域，其从深度P₁延伸到深度P₂，其中C/Si原子比小于或等于0.4，以及

P₁＜P₂＜P₃＜P₄，(P₂-P₁)+(P₄-P₃)＜E，在P₁和P₂之间的距离是碳氧化硅层的总厚度E的10％-70％，优选15％-50％，特别是25％-40％时，(0.1≤(P₂-P₁)/E≤0.7)，和在P₃和P₄之间的距离是碳氧化硅层的总厚度E的10％-70％，优选25％-60％，特别是35％-50％，(0.1≤(P₄-P₃)/E≤0.7)。

当然，在P₁和P₂之间距离与在P₃和P₄之间距离的总和总是小于所述碳氧化硅层的总厚度E，因为在P₂和P₃之间存在其中C/Si比介于0.4-0.5的区域，并且，在超过P₄也存在其中C/Si比小于0.5的区域。另外，由于存在来源于大气中的CO₂或存在吸附在表面上的有机污染物，位于小于P₁的深度处的最浅表的区域通常具有非常高的C/Si比。

本发明窗玻璃的碳氧化硅层是非多孔的致密层，具有1.45-1.9的折射指数。

它的总厚度E优选为10-200纳米，更优选20-100纳米，特别为40-70纳米。

允许测定碳氧化硅层的总厚度值的绝对方法是X-射线反射谱和透射电子显微镜(MET)。