Цементное изделие с гладкой поверхностью, способ его изготовления, его применение и электрическое устройство с ним

(51) 04 41/63 (2006.01) 01 31/048 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Описано изготовление цементных изделий с гладкой или зеркальной поверхностью, пригодной для изготовления электрических устройств, в частности фотоэлектрических устройств. Способ позволяет подвергание готовых цементных изделий специфическим периодам температуры и давления,в течение заданного периода времени, и затем покрытие таким образом обработанных изделий полимерной пленкой, предпочтительно на основе полиимида, в определенных количествах. Получены термостойкие цементные поверхности с низкой,контролируемой и регулярной шероховатостью, без точечных дефектов, пригодные для осаждения дополнительных тонких пленок, в частности металлических пленок и абсорбирующих пленок,обычно используемых для изготовления фотоэлектрических элементов и/или модулей.(74) Тагбергенова Алма Таишевна Тагбергенова Модангуль Маруповна Касабекова Найля Ертисовна Область изобретения Настоящее изобретение относится, в общем, к области цементных изделий и их применению в секторе энергетики. Описаны способ покрытия готовых цементных изделий, изделия, полученные указанным способом, и их применение в секторе строительства для ненесущих элементов конструкций(неструктурных приложений),предпочтительно в виде облицовочных и кроющих элементов, горизонтального и вертикального типов,с целью выработки и/или переноса энергии. Указанные изделия с покрытием, имеющие небольшую толщину и незначительную или очень низкую шероховатость поверхности, являются к тому же пригодными в качестве подложек для осаждения/нанесения/напыления металлических пленок и других тонких пленок при изготовлении электрических устройств, таких как, например,элементы солнечных батарей. Конечные продукты особенно интересны и пригодны для применения в области интеграции фотоэлектрических модулей в оболочку зданияс эстетической целью и целью оптимального интегрирования фотоэлектрических модулей в городской контекст. Уровень техники изобретения Фотоэлектрические устройства все больше и больше используются в городском окружении в виде интегрируемых элементов в строительном секторе для производства полезного количества энергии из нетрадиционных (альтернативных) источников, что позволяет снизить потребление ископаемых топлив и производимых ими загрязняющих выбросов. С этой целью, некоторое время назад получила широкое распространение практика по установке солнечных панелей на внешних поверхностях зданий. Это решение привело к существенным проблемам с точки зрения эстетики, учитывая неполную имитирующую способность фотоэлектрических панелей и обширную площадь поверхности, которая должна быть подвергнута солнечному облучению, чтобы получить заметный возврат в периоды солнечной активности. Решения, которые предлагались до настоящего времени, были главным образом нацелены на улучшение визуального эффекта панели путем совершенствования ее пригодности для интегрирования с отдельными частями здания,например, посредством встраивания панелей в крышу здания или сооружения. В таких случаях негативное эстетическое влияние панели снижается только частично. Кроме того, отмеченные различия между панелью и материалом строительства все еще остаются,что ставит строителей перед необходимостью подбора предопределенных конструкций, таким образом ограничивая свободу выбора в отношении возможных архитектурных решений. В результате длительных поисков и разработок заявителем были созданы новые способы,пригодные для преобразования материалов,традиционно использующихся в строительной отрасли, в фотоэлектрические элементы или их 2 части. Такой подход может обеспечить совместимость и плавный переход между компонентами конструкции и фотоэлектрическими элементами, эстетически улучшая весь внешний вид зданий. Японский патент 6184731 описывает способ покрытия твердых материалов, таких как древесина,смолы, резина, стекло, кирпичи и плитки,термостойкой смолой и дополнительным металлическим слоем, формируемым посредством напыления или другими приемами. С помощью такой технологии, которая не разрабатывалась для изготовления фотоэлектрических устройств,получают изделия с сильно развитой поверхностью,приводящей к нерегулярной поверхности с выпуклыми конфигурациями, которые могут быть увеличены специальными надрезами,сформированными на покрытии после наложения на подложку затем изделие покрывают металлической пленкой, которая сохраняет и защищает основную конфигурацию. Выделение поверхностных рельефов в форме данных конфигураций может удовлетворить множество эстетических требований однако, конечные продукты, которые получаются несколько грубыми или неровными, не являются полностью соответствующими для токопроводящих приложений, в частности фотоэлектрических приложений последнее использование предусматривает покрытие подложки очень тонкими металлическими пленками, часто в условиях экстремальной температуры и давления. Поэтому предпочтение отдается подложкам,которые являются настолько гладкими и однородными, насколько это возможно, чтобы максимально увеличить со временем однородность и стабильность адгезии между металлом и подложкой. Гладкая подложка передает свою поверхностную правильность/регулярность также и наносимым сверхтонким(металлическим и абсорбирующим) пленкам, приводя к гладкой внешней поверхности, которая является менее подверженной поверхностному накоплению пыли и загрязняющих веществ, которые могли бы со временем нанести вред эстетическим показателям поверхности и/или понизить его энергетическую отдачу. Эти характеристики в настоящее время соответствуют специальным материалам, например,стекло. Сущность изобретения Настоящее изобретение относится к способу изготовления цементных изделий с гладкой или зеркальной поверхностью,пригодных для изготовления электрических,в частности фотоэлектрических устройств, которые идеально подходят для интеграции в городской строительный сектор. Способ предусматривает обработку готовых исходных изделий в определенных интервалах температуры и давления, в течение заданного периода времени, с последующим покрытием изделий пленкой на основе полимера, выбранного из полиимида, полиарилкетонов, эпоксидных смол или подобных термореактивных смол. Таким образом получают термостойкие цементные поверхности с очень низкой среднеарифметической шероховатостью поверхности , контролируемой и регулярной, без точечных дефектов, пригодные для осаждения/нанесения/напыления дополнительных тонких пленок. Это решение является особенно выгодным, тогда как в большинстве случаев,первоначальные цементные изделия не удовлетворяют требованиям шероховатости поверхности для фотоэлектрического использования(фотоэлектрических приложений). С помощью изобретения можно изготовить цементные изделия,такие как плоские плиты, светозащитные элементы,пустотелые или пористые фасадные элементы и т.д.,получаемые из цементных строительных растворов,которые разливают или формуют сжатием в матрицах (опалубках, формах). Указанные изделия применимы для осаждения дополнительных тонких,металлических и абсорбирующих пленок, и поэтому пригодны для изготовления фотоэлектрических элементов и/или модулей. В частности,выполненное согласно изобретению полимерное покрытие сохраняет неизменными вышеупомянутые поверхностные свойства даже после подвергания его нагреванию и давлению режима обработки,требующимся для осаждения тонких пленок металлической природы, например на основе молибдена, и тонких абсорбирующих пленок,например на основе диселенидов меди, индия (и галлия), так называемых , для изготовления тонкопленочных фотоэлектрических устройств. Описание фигур чертежей На фиг.1 А показана поверхность цементного изделия, покрытого полиимидной пленкой и молибденовой металлической пленкой,изготовленного соответственно обработке согласно настоящему изобретению. На фиг.1 В показана поверхность цементного изделия, покрытого полиимидной пленкой и молибденовой металлической пленкой,изготовленного без обработки согласно настоящему изобретению. Подробное описание изобретения В контексте настоящего изобретения,определение небольшой толщины цементные изделия, покрытые полимерными пленками,имеющие высококачественную поверхность означает готовые трехмерные объекты, которые должны использоваться в строительной отрасли для ненесущих элементов конструкций (неструктурных приложений),покрытых соответствующей полимерной пленкой, синтезируемой на твердом материале, полученном гидратацией цементных композиций. Небольшая толщина или малая толщина означают толщину от 0,1 см до 5 см,предпочтительно от 0,2 до 1 см, более предпочтительно от 0,3 до 0,5 см. Форма исходных цементных изделий,используемых в настоящем изобретении, может сильно варьироваться в зависимости от конструкционных потребностей посредством неограничивающего примера такие формы могут включать пригодные для изготовления плоские плиты, светозащитные элементы, пустотелые или пористые фасадные элементы и т.д. В способе согласно изобретению на исходное цементное изделие не наносится покрытие, но оно подвергается предварительной обработке в выбранных условиях давления, от 10 до 750 мм рт.ст. (от 1,3 до 100 кПа), предпочтительно от 50 до 600 мм рт.ст. (от 6,7 до 80 кПа), более предпочтительно от 100 до 500 мм рт.ст. (от 13,3 до 66,7 кПа), при температуре от 80 до 160 С,предпочтительно от 100 до 150 С, более предпочтительно от 110 С до 130 С, в течение периода времени от 40 до 120 минут,предпочтительно от 45 до 90 минут, более предпочтительно от 50 до 70 минут. После чего изделие покрывают полимерным покрытием предпочтительно, эта стадия следует непосредственно за предварительной обработкой, а именно, без промежуточного хранения. Полимерное покрытие может быть применено в форме раствора посредством известных приемов, таких как покрытие, полученное методом центрифугирования,распыление, напыление и т.д. Предпочтительным приемом является покрытие, полученное методом центрифугирования. Полимер покрытия является предпочтительно полиимидом. Другими используемыми полимерами являются полиарилкетоны, эпоксидные смолы и подобные термореактивные смолы. Затем поверхность изделий, содержащую слой раствора полимера, уплотняют и высушивают подверганием изделия термической обработке,используя известные методы в зависимости от природы полимера. В предпочтительном способе полимер покрытия получают непосредственно на поверхности изделий,осаждением на него раствора соответствующего предшественника,который может быть преобразован в указанный полимер посредством обработки(на месте). В случае полиимида,используемым предшественником является полиамидная кислота (полученная, например,посредством сополимеризации соответствующих мономеров, таких как бифенилтетракарбоновый диангидрид,сополимеризованный с фенилендиамином, или из пиромеллитового ангидрида,сополимеризованного с оксидианилином). Полиамидная кислота преобразуетсяв полиимид посредством термической обработки, которая приводит к обезвоживанию полиамидной кислоты и парообразованию образующейся воды. Такая обработка в основном требует начального нагревания при приблизительно 120 С, давлении приблизительно 500 мм рт.ст. (66,7 кПа), в течение приблизительно 1 часа, с последующим вторичным нагреванием при приблизительно 300 С, давлении окружающей среды, в течение 1-2 часов. Толщина наносимого на изделие раствора полимерного покрытия зависит от шероховатости изделия,например,покрытие изделий со среднеарифметической шероховатостью поверхности , равной приблизительно 500 3 микрометров, 5 мас. раствором полимерного покрытия толщиной в 300 микрометров (или более) приводит к формированию поверхностей со степенью регулярности/однородности, требуемой для фотоэлектрических приложений. Количество покрытий, требуемых для изделий с различными ,может быть вычислено прямо пропорционально вышеупомянутым данным. Среднеарифметическая шероховатость поверхности является стандартным параметром, который может быть измерен автоматизированным и воспроизводимым способом посредством профилометров. Упомянутые значенияполучают посредством трехмерногооптического профилометра, бесконтактного типа,производимого-,снабженного автоматической стадией и автофокусом. Альтернативные профилометры обеспечивают эквивалентные результаты. Система использует сканирующую интерферометрию зеленого света с целью получения изображения и измерения анализируемых частей,обеспечивая количественную информацию касательно строения поверхностей, не входя в физический контакт с ними. Луч света, после прохождения вдоль оптического пути микроскопа, делится на два внутри интерференционной линзы. Одна часть отражается образцом, в то время как другая часть отражается высококачественной контрольной поверхностью, находящейся в линзе. Два луча вновь объединяются, и результирующий свет направляют в ТВ-камеру с твердотельным формирователем изображения. Интерференция между этими двумя волновыми фронтами генерирует изображение,формируемое светлыми и темными зонами,называемыми интерференционными полосами,которые являются показателями строения поверхности анализируемой части. Так как интерференционные полосы появляются только,когда анализируемая поверхность находится в фокусе, необходимо выполнить вертикальное сканирование с целью возможности получения интерферограмм, которые характеризуют высоту каждого пикселя,формирующего матрицу телекамеры(прибор с зарядовой связью). Сканирование выполняют посредством пьезоэлектрического датчика, расположенного в основании оптической верхней части микроскопа. Система оборудована различными типами линз(50 х, 20 х, 10 х, 5 х, 2,5 х) для использования в функции поверхностных характеристик исследуемого образца. Поскольку линза выполняет сканирование, телекамера записывает изображения интенсивности интерференционных полос. Посредством анализа частотной области можно расположить высоту для каждого пикселя очень точным и специальным образом. Полученные измерения являются трехмерными и двумерными вертикальное измерение(перпендикуляр к исследуемой поверхности) получают посредством интерферометрии, в то время как боковые измерения (в плоскости образца) получают посредством калибровки расширения,4 генерируемого линзой. Трехмерные (3) данные,которые характеризуют поверхность и могут быть получены с помощью описанной техники, являются следующими параметры высоты , , , , , , ,как определено согласно стандарту 25178 параметры плоскостности , , как определено согласно стандарту 12781 Двухмерные(2) данные,которые характеризуют поверхность и могут быть получены с помощью описанной техники, являются следующими параметры высоты , , , , , , , как определено согласно стандарту 4287 параметры решетки , , как определено согласно стандарту 4287 пиковые параметры , как определено согласно стандарту 4287. Величина, обозначенная выше как , среди параметров высоты,является среднеарифметической шероховатостью поверхности. Подложки,которые являются пригодными для фотоэлектрических приложений,имеют величинупредпочтительно от 10 до 150 нанометров, более предпочтительно от 30 до 90 нанометров. Эти величины получают преимущественно настоящим изобретением, как показано в тестах ниже. Изделие, покрытое уплотненной полимерной пленкой, может быть покрыто дополнительной металлической пленкой, например состоящей из молибдена, меди, алюминия, платины, серебра,золота и т.д., и абсорбирующей пленкой, например так называемыми , то есть пленками на основе меди, индия, (галлия), диселенидов, для изготовления тонкопленочных фотоэлектрических устройств. Наложение этих дополнительных пленок может быть выполнено при помощи известных технологий, например, напыления. В результате покрытия полимерами,выполненного в соответствии с настоящим изобретением, цементное изделие не требует специальных технологий производства и последующей чистовой обработки поверхности для наложения впоследствии тонких пленок для изготовления фотоэлектрических модулей. Покрытие, нанесенное согласно изобретению,эффективно выдерживает условия вакуума и температуры, которые являются типичными для способов осаждения тонких пленок для фотоэлектрических приложений без потери характеристик адгезии к цементной подложке и без изменения его поверхностных свойств. Низкая шероховатость подложки, покрытой в соответствии с изобретением, переносится на наносимые тонкие характеристиками,которые являются воспроизводимыми в течение долгого периода времени. Настоящее изобретение включает цементные изделия, покрытые полимерной пленкой и при необходимости с дополнительно нанесенными пленками, имеющие гладкую или зеркальную поверхность, полученную посредством способа согласно изобретению. Изделия имеют предпочтительно небольшую толщину, в частности от 0,1 до 5 см. Изобретение также относится к использованию указанных изделий для изготовления электрических устройств, в частности фотоэлектрических устройств. Изобретение также включает применение указанных изделий для изготовления фотокаталитически активных цементных строительных элементов, например плит, светозащитных элементов, пустотелых или пористых фасадных элементов и т.д. Следующие ниже примеры служат только для целей иллюстрации изобретения, не ограничивая область его применения. Экспериментальный пример 1 Готовую цементную подложку толщиной 0,4 см,предварительно полученную разливом соответствующего строительного раствора в матрицы, подвергают давлению 200 мм рт.ст.(26,7 кПа), при 120 С, в течение периода времени,равного одному часу. Полиимидную покрывающую пленку получают поликонденсацией из раствора полиамидной кислоты в -метилпирролидоне, полученного из бифенилтетракарбонового диангидрида,сополимеризованного с фенилендиамином. Раствор предшественника, в концентрации 5 мас., наносят методом центрифугирования на цементное изделие в количестве, пропорциональном непосредственно размерам изделий, с получением слоя полимерного раствора толщиной приблизительно 400 микрометров. После нанесения материал помещают в печь при температуре 120 С,в условиях вакуума 500 мм рт.ст. (66,7 кПа), на один час. Затем образец подвергают дальнейшей термической обработке при 300 С, атмосферном давлении, в течение двух часов. После отвердевания и сушки, анализ на оптическом профилометре показывает однородный и непрерывный слой смолы. Толщина нанесенной пленки смолы равна 20 микрометрам и ее среднеарифметическая шероховатость поверхности равна 40 нанометрам. Поэтому продукт,полученный согласно изобретению,имеет идеальные характеристики для фотоэлектрических приложений. Пример 1 А Покрытую цементную подложку, полученную в примере 1, вводят в вакуумную камеру напылительного устройства для осаждения однородной пленки металлического молибдена,чтобы произвести элемент солнечной батареи(фотоэлемент) с тонкой на основепленкой. Толщина пленки равна 500 нанометрам. Благодаря отсутствию поверхностных дефектов становится возможным непрерывное и однородное покрытие образца металлической молибденовой пленкой, как показано на фиг.1 А. Пример 2 Готовую цементную подложку толщиной 0,4 см,ранее полученную разливом соответствующего строительного раствора в матрицы, подвергают давлению 200 мм рт.ст. (26,7 кПа), в 120 С, в течение периода времени, равного одному часу. Полиимидную покрывающую пленку получают поликонденсацией из раствора полиамидной кислоты в -метилпирролидоне, полученного из пиромеллитового ангидрида, сополимеризованного с оксидианилином. Раствор предшественника, в концентрации 5 мас., наносят методом центрифугирования на цементное изделие в количестве, пропорциональном непосредственно размерам изделий, с получением слоя полимерного раствора толщиной приблизительно 400 микрометров. Материал помещают в печь при температуре 120 С, в условиях вакуума 500 мм рт.ст. (66,7 кПа), в течение одного часа. Затем образец подвергают дальнейшей термической обработке при 300 С,атмосферном давлении, в течение двух часов. После отверждения и сушки, анализ на оптическом профилометре показывает однородный и непрерывный слой смолы. Толщина наложенной пленки смолы равна 25 микрометрам и ее среднеарифметическая шероховатость поверхности равна 80 нанометров. Поэтому продукт, полученный согласно изобретению,имеет идеальные характеристики для фотоэлектрических приложений. Пример 3 (Ссылочный) Раствор полиамидной кислоты, в концентрации 5 мас., полученный из бифенилтетракарбонового диангидрида,сополимеризованного с фенилендиамином,непосредственно наносят методом центрифугирования в количестве,пропорциональном непосредственно размерам изделий, на цементную подложку, подобную предыдущим, но не подвергнутую предварительной обработке согласно изобретению с получением слоя полимерного раствора толщиной приблизительно 400 микрометров. После нанесения материал помещают в печь при 120 С, в условиях вакуума 500 мм рт.ст. (66,7 кПа), в течение одного часа. Затем образец подвергают дальнейшей термической обработке при 300 С, атмосферном давлении, в течение двух часов, чтобы закончитьреакцию полимеризации. Таким образом полученное изделие, без предварительной обработки согласно изобретению,является нерегулярным и неоднородным среднеарифметическая шероховатость поверхности равна 530 микрометрам, и поэтому это изделие является полностью неподходящим для изготовления фотоэлектрических устройств. Пример 3 А (Ссылочный) Покрытую цементную подложку, полученную в примере 3, вводят в вакуумную камеру напылительного устройства для осаждения 5 однородной пленки металлического молибдена,чтобы произвести элемент солнечной батареи с тонкой на основепленкой. Из-за наличия поверхностных дефектов вследствие отсутствия предварительной обработки образца, непрерывное и однородное покрытие образца металлической пленкой молибдена получить невозможно, как показано на фиг.1 В. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления цементных изделий с гладкой поверхностью, пригодных для производства электрических устройств, включающий) обработку цементного изделия при давлении от 10 до 750 мм рт.ст. (от 1,3 до 100 кПа),температуре от 80 до 160 С, в течение периода времени от 40 до 120 минут) покрытие поверхности, требуемой гладкости,полимерной пленкой, выбранной из полиимида,полиарилкетонов или эпоксидных смол. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап а) выполняют при давлении от 50 до 600 мм рт.ст. (от 6,7 до 80 кПа), температуре от 100 до 150 С, в течение периода времени от 45 до 90 минут. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап а) выполняют при давлении от 100 до 500 мм рт.ст. (от 13,3 до 66,7 кПа), температуре от 110 до 130 С, в течение периода времени от 50 до 70 минут. 4. Способ по любому из п.п.1-3, отличающийся тем, что покрытие на этапе ) наносят методом центрифугирования. 5. Способ по любому из п.п.1-4, отличающийся тем, что полимер на этапе ) формируютна поверхности цементного изделия. 6. Способ по любому из п.п.1-5, отличающийся тем, что изделие, полученное на этапе ) покрывают одной или более дополнительными пленками,пригодными для электрических, в частности фотоэлектрических приложений. 7. Способ по любому из п.п.1-6, отличающийся тем, что полимерная пленка, полученная в ), имеет, 6 после отвердевания и сушки,среднеарифметическую шероховатость поверхностиот 30 до 90 нанометров. 8. Способ по любому из п.п.1-7, отличающийся тем, что полимерная пленка, полученная в ), имеет,после отвердевания и сушки, толщину от 5 до 150 микрометров. 9. Цементное изделие с гладкой поверхностью,пригодное для производства электрических устройств, полученное способом по п.п.1-8,отличающееся тем, что полимерная пленка имеет,после отвердевания и сушки,среднеарифметическую шероховатость поверхностиот 30 до 90 нанометров. 10. Изделие по п.9, отличающееся тем, что полимерная пленка имеет, после отвердевания и сушки, толщину от 5 до 150 микрометров. 11. Изделие по любому из п.п.9-10,отличающееся тем, что имеет толщину от 0,1 до 5 см. 12. Изделие по любому из п.п.9-11,отличающееся тем, что покрыто одной или более дополнительными пленками,пригодное для электрических, в частности фотоэлектрических приложений. 13. Изделие по любому из п.п.9-12,отличающееся тем, что находится в форме плиты,светозащитного элемента,пустотелого или пористого фасадного элемента или любого другого элемента,пригодного для интеграции фотоэлектрических модулей в оболочку здания. 14. Электрическое устройство, отличающееся тем, что включает одно или более изделий по п.п.9-13. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что является фотоэлектрическим устройством. 16. Применение одного или более изделий по п.п.9-13 в качестве компонентов электрических, в частности фотоэлектрических устройств. 17. Применение по п.16, при котором устройство используется в области интеграции фотоэлектрических модулей в оболочку здания