紅外反射隔熱玻璃的研究進(jìn)展

崔芳銘　趙洪凱

【摘 要】摻雜ITO、SnO2等納米氧化物薄膜玻璃對(duì)光譜具有選擇性透過的功能，透過可見光又能阻擋紅外線、遠(yuǎn)紅外線、紫外線以及熱輻射。在玻璃表面涂覆納米氧化錫通常有三種方法：一是，在普通玻璃表面鍍一層或多層氧化物，工藝比較復(fù)雜、投資比較大，雖然其有較好的節(jié)能效果和較高的可見光透過率，但價(jià)格高；二是，制造納米氧化物有機(jī)膜黏貼玻璃，有機(jī)膜是由多層堅(jiān)韌的聚酯薄膜磁控濺射功能氧化物等工藝制成，貼膜制造工藝比較復(fù)雜，成本高；三是，制造成涂膜玻璃，在玻璃表面通過一定工藝涂一層透明隔熱涂料，成本較低。此外，利用基底表面的功能化自組裝膜層對(duì)前驅(qū)體溶液的誘導(dǎo)作用，在親水性液相中低溫沉積，得到與基底結(jié)合緊密、結(jié)構(gòu)致密均一、厚度可控的二氧化錫納米晶態(tài)薄膜。

【關(guān)鍵詞】納米；二氧化錫；隔熱玻璃；紅外反射

0 引言

隔熱玻璃發(fā)源于美國，主要以摻雜ITO、SnO2為主要物質(zhì)的單層或多層膜吸附于玻璃表面達(dá)到隔熱目的，1981年登陸歐洲，1985年在日本開始得到應(yīng)用，在我國尚處于起步階段前景廣闊。

1 紅外反射隔熱玻璃的研究概況

1.1 納米氧化錫的研究

納米氧化錫是n型半導(dǎo)體[1]，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、高透射、耐候性和穩(wěn)定性、耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和機(jī)械磨損，納米氧化錫具有明顯的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、和量子隧道效應(yīng)，所以它具有很多普通材料和微米材料所不具備的獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如減反射、抗輻射、紅外反射等功能，應(yīng)用于建筑低輻射玻璃、紅外吸收隔熱材料等領(lǐng)域中。制備納米氧化錫的方法很多，包括溶膠-凝膠法、水熱法、氣相沉積法、微波法，共沉淀法、微乳液法等等。其中用途最為廣泛的是溶膠-凝膠法和水熱法[2]。溶膠-凝膠法制得的氧化錫顆粒尺寸均一，可控性高，比表面積大燒結(jié)溫度低，但顆粒極易團(tuán)聚[3]。水熱法制得的晶體發(fā)育完整，粒度小，且無需高溫?zé)崽幚?，顆粒分散性好；但是產(chǎn)出率不高。

1.2 國內(nèi)外紅外反射氧化錫隔熱玻璃現(xiàn)狀和存在問題

對(duì)于普通玻璃通常存在三種方法進(jìn)行節(jié)能處理，一是將普通玻璃制造成鍍膜玻璃；二是制造成貼膜玻璃；三是制造成涂膜玻璃。鍍膜玻璃是在玻璃的表面鍍一層或多層金屬、合金或化合物，以改變玻璃的性能。一般可分為熱反射玻璃和低輻射玻璃。但是鍍膜玻璃的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，而且工藝設(shè)備投資比較大，雖然其有較好的節(jié)能效果和較高的可見光透過率，但價(jià)格高，難以滿足大眾的需求，而且也不適用于既有建筑節(jié)能改造[4]。貼膜玻璃是由玻璃和有機(jī)薄膜兩部分組成。膜是有多層堅(jiān)韌的聚酯薄膜經(jīng)本體染色、紫外線吸收劑注入、磁控濺射、多層復(fù)合、涂膠等工藝制成。這種玻璃膜可以直接裝貼在玻璃表面使其具有極強(qiáng)的韌性，配合不同種類的膜和玻璃可達(dá)到不同層次的安全和節(jié)能效果。它在保證可見光透過率盡可能高的條件下，阻止室內(nèi)輻射能量傳遞，達(dá)到節(jié)能效果，起了冬暖夏涼的作用。但是貼膜制造工藝比較復(fù)雜，使用設(shè)備價(jià)格高，因而使貼膜成本高，在建筑物玻璃上難以接受[5]。

涂膜玻璃是在玻璃表面通過一定的工藝涂上一層透明隔熱涂料，在滿足室內(nèi)采光需要的同時(shí)（較高的可見光透過率），又使玻璃具有一定的隔熱功能。采用此種玻璃涂膜技術(shù)對(duì)普通玻璃進(jìn)行節(jié)能降耗處理，其成本低、操作簡單，能夠?yàn)榇蟊娝邮堋鈱?duì)隔熱涂料的研究較早，美國、日本、韓國等在透明隔熱涂料方面已經(jīng)申請(qǐng)了較多專利。日本三箭公司研制出一種可以過濾太陽輻射但不影響采光的高性能涂料，目前該涂料在日本已廣泛應(yīng)用于建筑物玻璃的節(jié)能降耗處理。涂膜后的普通玻璃能夠在不影響采光的前提下，削減68%的紅外線和95%的紫外線。目前國內(nèi)對(duì)ATO粉體的研究較多，而對(duì)ATO隔熱漿料的研究則剛剛起步。華東理工大學(xué)對(duì)ATO漿料的制備進(jìn)行了研究，探討了漿料穩(wěn)定的機(jī)理及分散劑的使用效果，制取的ATO漿料主要應(yīng)用在織物防靜電等方面。在國家節(jié)能減排的號(hào)召下，國內(nèi)如北京、上海、廣州等地不少企業(yè)正在研究透明隔熱涂料，但很多只限于購買國外的隔熱漿料再進(jìn)行配制。國外的隔熱漿料價(jià)格昂貴，而且技術(shù)對(duì)外也高度保密，隔熱涂料的關(guān)鍵是隔熱漿料，能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化研發(fā)則可極大降低成本[6]。

1.3 隔熱薄膜材料的新型低溫溶液制備技術(shù)

將帶有親水性功能基團(tuán)（如磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）等）組裝到基底上，再將經(jīng)表面功能化的基底浸入到前驅(qū)體的過飽和溶液中，通常反應(yīng)溫度低于100℃，通過組裝誘導(dǎo)異相成核或膠體粒子的吸附，實(shí)現(xiàn)無機(jī)物在基底表面的結(jié)晶和生長的，薄膜材料具有結(jié)構(gòu)均一致密、厚度和形態(tài)可控等優(yōu)點(diǎn)[7]。Shirahata[8]等人利用親水性液相沉積制備了二氧化錫薄膜，翟怡等[9]利用低溫水溶液中制備納米晶態(tài)薄膜材料，在單晶硅或玻璃基底表面制備出與基底結(jié)合緊密、結(jié)構(gòu)致密均一、厚度可控的二氧化錫納米晶態(tài)薄膜。

2 結(jié)論

節(jié)能玻璃窗可以透過可見光，但是阻擋紅外線、遠(yuǎn)紅外線等熱輻射光，比普通玻璃窗節(jié)能75%，前景廣闊。目前主要以摻雜ITO、SnO2為主要物質(zhì)的單層或多層膜吸附于玻璃表面達(dá)到隔熱目的。對(duì)于普通玻璃通常存在三種方法進(jìn)行節(jié)能處理，一是將普通玻璃制造成鍍膜玻璃，二是制造成貼膜玻璃，三是制造成涂膜玻璃，此外還有隔熱薄膜材料的新型低溫溶液制備技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]江國棟，王庭慰，沈曉冬.sol-Gel法制備納米SnO2摻雜PMMA透明復(fù)合材料[J].材料科學(xué)與工藝，2005（5）：544-547.

[3]王輝，楊旸.玻璃鍍膜在建筑中的多種應(yīng)用[J].四川建筑學(xué)研究，2011，37（3）：282-285.

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[7]張貴軍，陳中華，曹幸榮.納米ATO在有機(jī)單體介質(zhì)中的表面改性及分散研究[J].功能材料，2009，40（11）：1918-1921.

[8]Shirahata N， Masuda Y， Yonezawa T， et al.， Control over film thickness of SnO2ultrathin film selectively deposited on a patterned self-Assembled monolayer，Langmuir，2002， 18， 10379～10385.

[9]翟怡.自組裝功能膜誘導(dǎo)合成納米二氧化錫晶態(tài)薄膜的研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]