[發明專利]一種熱色智能膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410856004.X
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN105799276B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 詹勇軍;徐剛;肖秀娣;史繼富
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明涉及一種熱色智能膜及其制備方法，尤其涉及智能膜在熱處理中的防止熱色涂層退火晶化時產生氧化或還原變質的問題。

背景技術

熱色智能膜由于在非常接近于室溫的環境下能夠隨著環境溫度變化而進行方向的調節，簡言之在夏天非常炎熱的時候且熱色智能膜層溫度達到相變溫度，則該膜層能夠反射太陽輻射的紅外線達到隔熱的效果；相反在冬天寒冷的時候熱色智能膜層本身的溫度遠低于相變溫度，則該膜層允許太陽輻射中的紅外線通過。熱色智能膜層這樣的變化特性在建筑節能等相關行業具有非常廣闊的應用前景。

對于熱色智能膜的大批量生產而言，傳統的制備工藝路線有兩種，即化學噴涂熱分解以及濺射鍍膜。化學噴涂熱分解由于其外觀顏色、膜層厚度等方面的控制具有一定的局限性，其工業化生產采用較少。濺射鍍膜與化學噴涂熱分解相比，具有較多的優點，如膜層成分易控制，膜層厚度容易控制，重復性良好。由于熱色智能膜的氧化釩膜層的形成需要較高的溫度環境，通常在400℃～600℃之間，為適應熱色功能涂層的形成兩濺射法的制備的兩種路線，其一將待鍍膜基片加熱到以上所述的溫度范圍，沉積VO₂獲得具有隨環境溫度變化而調節得熱量的熱色智能膜。其二在基片上低溫沉積非晶態VO₂薄膜，連續或非連續的情況下實施高溫退火處理，使得非晶VO₂薄膜晶化改性而獲得具有隨環境溫度變化而調節得熱量的熱色智能膜。針對第一種路線將遇到真空環境加熱、降溫、基片耐溫與性能降低等問題。相對而言，低溫沉積非晶VO₂后在高溫環境下退火制備路線更具有可實施性。

針對熱色智能膜，常見退火方式包含快速退火、普通電阻加熱退火，兩種方式的典型代表是紅外輻射退火。紅外輻射退火可以在數十秒內將襯底表面的膜層加熱到400℃～600℃或者更高的溫度范圍。另一方面釩元素是一種具有多價態的元素，不同的氧氣氛等環境下形成不同的氧化物，如V₂O₅，V₄O₉，V₆O₁₃，VO₂,V₂O₃，VO等，其中僅有VO₂是尋求的可以實現在室溫附近具有隨環境溫度調節得熱量的有用成分。因此不管是那種方式的退火處理，都需要對非晶的VO₂薄膜施加阻隔層保護，防止外部環境氧的侵入。

金屬NiCr作為防止氧化或增強耐候常用的膜層，在太陽能調節膜層中應用廣泛，尤其利用于LOW-E玻璃的紅外功能層Ag的保護，例如在專利文獻US 5344718即采用了金屬NiCr膜層。然而，由于NiCr膜層具有較高的吸收率而降低了最終膜層的透過率。因此為了實現更為理想的高可見光透過率的功能膜層被迫設計了薄至0.7nm的NiCr阻擋膜層。為了避免熱色智能膜在大氣環境下退火出現氧化釩膜層的氧化變質，同樣可以采取類似NiCr阻擋層作為氧化釩膜層的金屬保護層。然而，研究表明雖然NiCr具有優良的隔離氧等氣氛作用，但是氧化釩膜層表面鍍制的NiCr層表面形貌非常粗糙，且膜層厚度0.5～10nm范圍內成非連續島狀生產。熱處理過程有效阻止氧侵入需要增加NiCr的膜層厚度，這樣的結果嚴重影響采光效果。另一方面因NiCr表面形貌影響而引起氧化釩膜層內不必要的缺陷增加，最終導致整體熱色智能膜性能下降。另外其金屬氧化物如NiCrOx具有較高的通透性，研究表明形成與NiCr同樣厚度的薄膜時表面平整度較好，只是其在高溫條件下阻隔效果不如NiCr膜。因此為了獲得更好的保護效果，本發明提出了NiCrOx+NiCr的復合型阻擋膜層結構。基于LOW-E節能膜層技術的發展，可以尋找到較多的可用于提供阻擋作用的膜層材料，如Ni、Ti、Cr以及對應的合金材料的氧化物、氮化物及其氮氧化物都可以作為本發明中所述的阻擋層材料的備選。

發明內容

基于上述制備技術路線和存在的問題，本發明采取的技術方案是與氧化釩膜層相鄰第一阻隔層，采用氧化物、氮化物或者氮氧化物進行保護。在第一阻隔層上設置第二阻隔層，采用金屬膜進行保護。這樣的復合雙層結構可以實現包含氧化釩膜層的熱色智能膜在真空氣氛環境、大氣環境下承受較長時間的退火處理，其熱色智能膜不會被氧化或還原而變質。

為達到上述效果，本發明采用以下技術方案：