[發明專利]一種兼具熱致變色和低發射率復合膜及其應用

在審

• 申請號: 201610289204.0
• 申請日: 2016-05-03
• 公開（公告）號: CN107337354A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 高彥峰;羅琳琳;張宗濤;陳長;徐志
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C03C17/00
• 分類號: C03C17/00;C03C17/06;C03C17/23;C03C17/36
• 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

本發明屬于建筑節能能材料技術領域，具體涉及了一種兼具熱致變色和低發射率復合膜的結構及其制備方法和在建筑玻璃節能涂層方面的應用。

背景技術

建筑能耗約在我國社會總能耗中的比例高達33％，是僅次于工業的第二大“能耗戶”。建筑能耗當中，由于太陽能輻射能的利用率低和隔熱性差等問題所引起的采暖、制冷能耗所占比例最大；而從建筑圍護構件來看，玻璃窗作為建筑與環境進行能量交換的主要通道而起決定性作用。研究表明，通過窗玻璃的能量交換在冬季和夏季分別占總交換能量的48％和71％。窗戶節能是建筑節能的重點。

在太陽光譜中，具有顯著熱效應的近紅外光占有50％的能量，這部分能量在冬天引入室內有利于提高室內溫度及居住的舒適度，但夏天進入室內會增加空調負荷。VO₂材料在68℃附近發生金屬-絕緣體相變，可依據環境溫度變化大幅度調節建筑玻璃對近紅外光的攝入量。冬天環境溫度低于相變點時，近紅外光可以透過VO₂薄膜進入室內，維持室內溫度；夏天溫度高于相變點時，紅外光的透過受到抑制，可降低室內溫度、減少制冷消耗。VO₂材料已被認為時新一代高效智能節能窗的關鍵材料之一。

但是，對于建筑節能來說，除了太陽熱輻射區域的光熱利用外，還需要考慮室溫物體黑體輻射區域(波長范圍4.5～25μm)的能量控制。尤其是在冬季時，由于VO₂鍍膜玻璃的發射率較高(0.82-0.84)，室內的大量熱量通過吸收和二次輻射方式流失到室外，又增加了其采暖消耗。甚至研究表明，在不改善VO₂玻璃發射率的情況下，其智能窗的節能效果甚至不及普通玻璃。因此，賦予VO₂鍍膜玻璃(或涂層)低發射率效果是進一步提升該種智能節能窗節能效率的關鍵。

國內外用于改善VO₂發射率的方法主要有兩種：一種是與貴金屬納米粒子的復合(包括Au、Ag、Pt等金屬材料)，一種是與透明導電薄膜的復合(ATO、FTO等摻雜氧化物材料)。而貴金屬納米粒子一種是以孤立的方式沉積在VO₂薄膜上，表現出高吸收而非高反射的特性，對降低VO₂發射率作用不大；一種是以連續薄膜的方式沉積在VO₂薄膜上，雖然能降低VO₂輻射率，但是其可見光透過率嚴重受到影響。而與透明導電薄膜的復合也是以連續薄膜的形式存在，雖然隨著膜厚的增加輻射率有所下降，但是其可見光透過性下降明顯。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術缺陷，提供了一種兼具熱致變色和低發射率的復合膜及其應用。

一方面，本發明提供一種兼具熱致變色和低發射率復合膜，其包括：

二氧化釩薄膜、和

由金屬納米線相互交織而成的金屬納米線網，

其中，所述金屬納米線網為規則的網格結構，其網孔尺寸為100nm～100μm；或者為不規則的網格結構，其平均網孔尺寸范圍為100nm～1110nm。

本發明采用了一種非連續膜層(金屬納米線網)與VO₂膜復合的結構，此結構中，金屬納米線網的平均網孔尺寸范圍為100nm～100μm(規則網孔)或100nm～1110nm(不規則網孔)，能將波長大于網孔尺寸的中遠紅外光反射(即低發射性質)，同時非連續膜層的結構又可維持體系在可見-近紅外區域高的透過率，而VO₂膜具有熱致變色性質，從而本發明兼具熱致變色和低發射率，實現了低發射和智能調光性質的兼顧。本發明的復合膜的發射率可為0.21～0.70。

本發明中，所述金屬納米線網可為規則的網格結構，其網孔尺寸優選為0.5～2.5μm，或者也可為不規則的網格結構，其網孔尺寸優選為200～1110nm。

本發明中，所述二氧化釩薄膜和所述金屬納米線網可各自獨立且相互貼合，或者也可以是所述二氧化釩薄膜和所述金屬納米線網相融合。

較佳地，所述復合膜還可包括基板，所述復合膜形成為如下結構之一：

二氧化釩薄膜覆于基板上，且金屬納米線網覆于二氧化釩薄膜上；

金屬納米線網覆于基板上，且二氧化釩薄膜覆于金屬納米線網上；

二氧化釩薄膜和金屬納米線網分別覆于基板的兩側；

二氧化釩薄膜和金屬納米線網的前驅體溶液混合并鍍制于基板上。

本發明中，所述金屬納米線可為銀納米線、銅納米線、金納米線、和鋁納米線中的至少一種。