[發明專利]二氧化釩基復合薄膜、包括其的透光結構及其應用

無效

• 申請號: 201210262741.8
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN102785414A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 陸亞林;趙元;張璇如;朱彥武;胡翔
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B17/06;B32B27/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王旭

技術領域

本發明涉及節能環保材料領域，更具體地涉及一種環保節能的無機材料復合薄膜及其應用。

背景技術

我國是一個能源短缺的國家，以煤炭為主的非可再生資源利用效率低，可再生資源開發利用程度低，環境污染狀況嚴重，優質能源供應不足，且形式日益緊張，因而節能和環保已成為時代主題。在各類能耗中，我國的建筑能耗已經占到社會總能耗的三分之一以上，其中采暖和空調的能耗占建筑總能耗的約55％，并且我國建筑單位面積能耗是發達國家的2至3倍，并呈逐年上升趨勢，能源浪費極其嚴重。

在現代建筑物中，最嚴重的能耗來自作為外墻或窗戶的玻璃，且玻璃占外墻的面積比例越來越大，據測算通過普通玻璃窗進行的熱交換損耗在冬夏季節分別占58％和73％。這是由于太陽光能量約99％分布在波長范圍為0.2～2.5μm，其中0.2～0.38μm的紫外光區占總能量的約8％，0.38～0.78μm的可見光占約43％，0.78～2.5μm的近紅外區占約48％。而普通玻璃對不同波長的太陽光不具有調控能力，夏天不能有效截止近紅外太陽光，增加了空調的制冷負荷，而在冬天，室內熱量又以熱輻射的形式通過玻璃表面散失，增加了空調的保溫負荷。在采用空調調節室內溫度的情況下，據測量，制冷溫度提高2℃，制冷負荷減少約20％；制熱溫度調低2℃，制熱負荷減少約30％。目前已經投入商業應用的被動調熱型的低輻射率(Low-E)鍍膜玻璃，可有效減少玻璃表面的輻射率，進而減少相應的輻射散熱，但是，該Low-E鍍膜玻璃一旦在結構形成之后，其光學性能就不隨環境變化進行可逆的雙向調節以獲得冬暖夏涼的效果，這難以適應我國大部分四季分明地區的需求。

為了克服Low-E鍍膜玻璃的缺點，將陽光控制性和低輻射性結合在一起，提出了智能節能玻璃，其光學性能可以隨環境變化進行可逆的雙向調節，主要包括氣致變色(氣敏)、電致變色(電敏)、熱致變色(熱敏)等類型。通過外界條件的激勵，這樣的節能玻璃可實現對太陽光透光性的調節，起到節能的效果。在以上三種節能玻璃的實現方式中，氣致變色和電致變色玻璃在調節太陽光的同時，對可見光的透過率有消極影響，影響節能玻璃的視覺透明性，因而應用范圍受到限制。

熱致變色玻璃主要集中在利用二氧化釩的可逆相變特性，即二氧化釩具有的半導體-金屬轉變(SMT)特性。隨溫度升高，達到相變溫度(T_c)以后，二氧化釩的晶相發生由單斜相向四方相的轉變，相應地其光學性質發生變化，紅外光由比較高的透過性轉變為比較低的透過性，但可見光區的透過性基本不變，不會造成明顯的視覺變化，同時相變前后紫外線幾乎全部被吸收。而且，二氧化釩基熱致變色玻璃與其他智能節能玻璃相比，結構簡單，成本低，相變溫度可以通過適當的工藝和組成控制進行調節，應用前景廣闊。

然而，單層的二氧化釩薄膜雖然可以調控紅外光透過率，但其可見光透過率低，紅外調控力(半導體相與金屬相之間紅外光透過率的差值)弱，智能節能效果差。因此，在確保二氧化釩熱致變色性能的前提下，提高可見光的透過率、增強太陽光的紅外調控能力是提高二氧化釩智能節能性能的關鍵。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是在確保二氧化釩熱致變色性能的前提下，提供一種能夠提高可見光的透過率并增強太陽光的紅外調控能力的透射率可調的二氧化釩基復合薄膜。

因此，在一方面，本發明提供了一種透射率可調的二氧化釩基復合薄膜(基于二氧化釩的復合薄膜)，包括：無機透明薄膜和設置在該無機透明薄膜上的二氧化釩薄膜。

在一個優選實施方式中，用于無機透明薄膜的無機材料選自氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻銦氧化錫(ITO)、摻銦氧化鋅(IZO)、三氧化二鈦(Ti₂O₃)和硫化鋅(ZnS)中的一種或多種。

在一個優選實施方式中，無機透明薄膜的厚度為20-500nm。

在一個優選實施方式中，二氧化釩薄膜的厚度為10-150nm。

在一個優選實施方式中，二氧化釩薄膜被構造為層狀或光柵狀。

在另一方面，本發明提供了一種透射率可調的透光結構，包括：透明襯底；和設置在該透明襯底上的上述二氧化釩基復合薄膜。

在一個優選實施方式中，透明襯底的材質包括玻璃、尖晶石、氧化鋁、氧化硅、氧化鋯或塑料。在一個進一步優選的實施方式中，所述玻璃選自石英玻璃、高硅氧玻璃、高鋁玻璃、微晶玻璃或浮法玻璃；所述塑料選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯。

在又一個方面，本發明提供了上述透光結構被用作智能節能玻璃的應用。