[發明專利]一種同時具有調光和隔熱保溫功能的透明結構及其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201210405485.3
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN103770423A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 金平實;羅宏杰;李紹唐;高彥峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B37/15
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 彭茜茜

技術領域

本發明涉及節能環保新材料技術領域，更具體地涉及一種同時具有調光功能隔熱保溫功能的透明結構，還涉及該透明結構的制備方法和在節能玻璃或節能樹脂等方面的應用。

背景技術

建筑能耗一般占據了社會總能耗的三分之一以上，同時，建筑用能對世界溫室氣體排放的“貢獻率”高達25%，是溫室氣體減排的重點大戶之一。玻璃窗作為建筑與外界進行光熱交換的主要通道，資料表明，建筑能耗的50%是通過玻璃窗進行的；而建筑物外墻等的吸熱也加劇了城市中心的熱島現象。所以，實現建筑節能將對減少建筑溫室氣體排放起著決定性作用。同樣，汽車等移動體的窗戶或外表面的節能化，也將對舒適與節能減排做出貢獻。

目前，市場銷售的節能玻璃窗或節能貼膜(簡稱節能窗)均屬于低輻射率(Low-E)范疇，其特點是具有較高的可見光透過率(透明)和較低的遠紅外發射率(隔熱保溫)，并可以通過結構設計和材料選擇，在實現隔熱保溫的同時，對太陽光中近紅外部分實行高遮斷(適合于炎熱地區)或高透過(適合于寒冷地區)。但是，一旦決定了材料和結構，其光學性能也隨之固定，不能隨季節和溫度環境的變化實現雙向調節，即冬天對太陽光中近紅外部分呈現高透過，而夏天則對其呈現高遮斷，因而不能完全適合大部分冬暖夏熱四季分明地區的需要。

而最近出現的智能型節能窗，由于其光學性能可隨外界環境或居住者的需要實現雙向調節，更能適用于大部分冬暖夏熱地區需要，使居住空間更為舒適節能，被稱作為下一代的節能窗產品。根據材料的致變色原理可分為電致變色、氣致變色和熱致變色等幾種主要類型。顧名思義，電致變色材料需通過施加電壓，氣致變色材料需要通入氫氣才能實現雙向調節，而利用二氧化釩由于溫度變化導致的半導體-金屬相變所伴隨的巨大光學性能變化原理所研制的熱致變色節能窗，由于能夠根據環境溫度自動進行光熱透反射率的可逆調節，達到冬暖夏涼的目的，而無需任何人工能源，被認為是最低碳環保的節能窗之一。

二氧化釩熱致變色節能窗的主要制備方法有物理法(主要為磁控濺射鍍膜)和化學法(包括化學氣相鍍膜和溶液鍍膜和納米粉體制備)等。采用磁控濺射等物理法鍍膜方式容易獲得結合性好光學性能高的高性能鍍膜產品，但由于磁控濺射鍍制二氧化釩薄膜必須在對基材進行加熱(約400℃)的條件下進行，不適宜在高分子基材上的鍍膜工藝。而且真空鍍膜設備龐大，工藝復雜，成本較高。而二氧化釩納米粉體的化學制備技術是最近發展起來新的應用方向，具有制作設備簡單，成本低，容易量產，使用方便，可通過涂覆或混煉的方法簡單獲取節能玻璃與樹脂貼膜等優點，特別是涂層涂覆工藝可以在非加熱條件下實施，適宜制備各種類型的高分子膜，有利于建筑物或車輛的節能改造，因而受到了越來越多的重視。

但是，用二氧化釩熱致變色納米粉體涂層制備的熱致變色節能窗，雖然能在太陽光譜波段領域上能實現透反射率的自動調節，但由于低溫狀態的半導體相二氧化釩不具有對遠紅外熱輻射的高反射率(低輻射率即Low-E)，不具有在寒冷季節的隔熱保溫效果。顯而易見，如果能在二氧化釩熱致變色節能窗的基礎上賦予其低輻射率功能，則能大大增加這種熱致變色節能窗的總體節能舒適效果，使這種新型節能窗具有更廣泛的應用前景。

國內目前已經出現了部分二氧化釩粉體的制備及其在節能窗方面的應用技術。例如，中國發明專利CN1837061A公開了一種相變溫度可調的相變智能材料(摻雜二氧化釩粉體)及其制備方法，該方法先采用液相沉淀法制備摻雜二氧化釩前驅體，再將經過濾干燥等處理的前驅體在高溫下(400-1200℃)加熱結晶化，形成所定所組成(V1-xMx02(0<X<0.06))的摻雜二氧化釩粉體。

但是，這種方法必須將前驅體經高溫煅燒才能獲得結晶狀態的摻雜二氧化釩粉體。顯然，高溫煅燒過程中不可避免的燒結過程必然會造成粉體的結塊，所獲結塊的粉體需經再次粉碎才能應用于節能涂料，而結塊和再次粉碎均會引起摻雜二氧化釩結晶的固有熱致變色性能的劣化。

中國發明專利CN?101265374A還公開了將摻雜二氧化釩均勻分散在可成膜材料中制成漿料，通過涂覆并經干燥加熱處理后，在材料表面形成智能隔熱保溫膜的技術。為了獲得良好的紅外線阻隔效果，該智能隔熱保溫膜除含有摻雜二氧化釩和樹脂等以外，還可在漿料中添加光學阻隔性金屬氧化物(包括透明導電材料ATO，ITO)用于阻隔太陽光波段(300-2500nm)中的紫外或紅外輻射。