[發明專利]輻射率可調的二氧化釩基復合薄膜及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110108344.0
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN102757184A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 高彥峰;康利濤;羅宏杰;金平實
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及無機材料及節能材料領域，具體涉及一種輻射率可調的二氧化釩基復合薄膜及其制備方法和應用。?

背景技術

隨著我國城市化進展、城鎮建設的推進，建筑能耗增長迅猛。據統計，我國建筑能耗在社會各類總能耗中所占比例已達30%，在全世界范圍內能源緊缺的情況下，建筑節能已成為世界各國共同關注的重大問題。建筑能耗首當其沖的是建筑用玻璃能耗，尤其是對于玻璃面積大的現代化建筑，例如對于玻璃面積占建筑面積達15%時，通過普通玻璃損失的熱量可高達70%。因此開發節能玻璃，尤其是智能型節能玻璃具有重大經濟、社會效益。

目前通過材料的設計、優化實現光譜的分波段調控是節能窗開發的核心內容，例如，太陽光能量主要分布在0.25-3μm波長之間，其中，紫外光、可見光和近紅外光所占能量分別為9％、43％和48％。紫外光輻射會傷害皮膚和皮質家具，因而應被阻止在室外；可見光保障室內的采光，減少照明能耗，因而應當保證可見光具有一定的透過率；而近紅外光攜帶的能量在冬季可以減少采暖能耗所以需要適當攝入，然而近紅外光在夏季卻需要被遮蔽在室外以減少空調的致冷負荷。由此可見，根據溫度條件有效地調控近紅外光透過率可以有效減少建筑能耗。

此外，與節能窗性能密切相關的還有熱輻射光譜。在任何溫度下，物體都在不斷地吸收和輻射電磁波，在熱穩態條件下材料熱輻射的輻射率與吸收率相當。如果一個物體能夠完全地吸收投射在它上面的所有電磁波，這樣的物體則被稱為黑體。實際材料的熱輻射強度小于相同溫度下黑體的熱輻射強度，兩者比值定義為輻射率。熱輻射是物體與環境進行熱交換的重要形式，材料的輻射率高表明其以熱輻射的形式與環境發生的熱交換劇烈，隔熱性能受到限制。為減少建筑能耗，應減少窗玻璃的輻射率以提高其隔熱性能。

減少窗玻璃的輻射率有效的途徑之一是在玻璃表面沉積一層透明導電的低輻射層（參見Hans?Joachim?Glaser（漢斯·瓊徹·格雷瑟），Large?Area?Glass?Coating（大面積玻璃鍍膜），上海交通大學出版社，2006年，104頁；及C.G.?Granqvist,?Transparent?conductors?as?solar?energy?materials:?A?panoramic?review,?Sol.?Energy?Mater.?Sol.?Cells,?91?(2007)?1529-1598）。由于透明導電層中存在大量的載流子，載流子由于存在質量而具有一定的慣性和特定的震蕩頻率。對于可見光，入射波的頻率遠高于載流子的震蕩頻率，載流子跟不上電磁場的變化，因而透明導電層可以透過可見光；當入射的波長較長時，入射波的頻率減小，載流子逐漸跟隨電磁場發生共振，出現等離子體共振效應而反射相應光波的能力增強。玻璃在波長大于4微米時的對光的透過率幾乎為零，也即吸收率和反射率相加為1。而在熱穩態條件下材料熱輻射的輻射率與吸收率相等，因此透明導電層通過增強對紅外光反射就可以有效抑制其沉積面的輻射率，起到減弱散熱增強保溫的效果。

具有低輻射性能的玻璃根據等離子體共振效應的不同可以分為太陽控制型（solar-control）和低輻射型（low-emissivity）兩種，兩者區別在于太陽控制型玻璃對太陽光能量中近紅外光的部分有較高的反射，具有一定的太陽能遮蔽能力而適用于夏熱冬暖地區；而低輻射玻璃則對太陽光能量的透過率高，可以充分發揮太陽能對室內的加熱作用而適用于夏涼冬冷地區。但是，對于夏熱冬冷地區，需要使用光學性能動態可調的智能玻璃以實現更好的節能。

在現有各種智能玻璃材料中，二氧化釩基的熱致變色玻璃制備、使用成本低，而且相變溫度可以通過適當工藝和成分控制進行調節，具有廣泛的應用前景。例如，CN101786798?A公開一種二氧化釩前驅液及其制備薄膜材料的方法。二氧化釩材料對太陽光譜的調控主要源于其具有的絕緣體－金屬相互相轉變的相轉變性質：其可在保持可見光透過率基本不變的前提下，二氧化釩在相變前透過紅外光，而相變后則遮蔽紅外線，從而起到冬季保暖、夏季遮陽的作用。