一種光熱響應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能光學(xué)復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種光熱響應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能材料是指模仿生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化，并能根據(jù)所感知的環(huán)境參數(shù)及時(shí) 調(diào)整或改變材料自身的性能參數(shù)，作出所期望的并能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的變化的復(fù)合 材料或材料的復(fù)合。仿生命感覺(jué)和自我調(diào)節(jié)是智能材料的重要特征。
[0003] 隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑物的智能化建設(shè)會(huì)愈加深入，智能建筑的內(nèi)容與涵義隨著 科技的發(fā)展不斷延伸，其功能也在不斷擴(kuò)展，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的各種需要。有關(guān)預(yù)測(cè)表 明，在本世紀(jì)中葉，建筑業(yè)將步入高科技建材時(shí)期，以智能建筑材料為代表的新型建材將成 為主流。在眾多的建筑材料中，玻璃發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。玻璃作為建筑采光材料具有 不可替代性，玻璃及其深加工制品作為裝飾裝修材料的應(yīng)用正在逐年擴(kuò)大，利用玻璃材料 獨(dú)具的光學(xué)特性制造的多功能材料將會(huì)在節(jié)能綠色建筑中扮演重要角色。除了傳統(tǒng)的節(jié)能 玻璃制作工藝，如中空玻璃、吸熱玻璃和熱反射玻璃以外，近年來(lái)出現(xiàn)了很多的新技術(shù)、新 產(chǎn)品，如光致變色玻璃、熱變色玻璃、液晶玻璃、電致變色玻璃和電泳玻璃等。
[0004] 智能玻璃是一種符合環(huán)保需求的產(chǎn)品。節(jié)能減排已成為國(guó)內(nèi)外的首要任務(wù)。在全 球能源緊張、綠色環(huán)保的強(qiáng)大發(fā)展趨勢(shì)下，智能玻璃在下一代的綠色環(huán)保建筑材料中將發(fā) 揮重要的應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)表明，建筑行業(yè)能耗約占社會(huì)總能耗的近一半，其中相當(dāng)大的一部分 用于建筑物的空調(diào)，而建筑物空調(diào)的熱損失主要集中在玻璃窗等開(kāi)口部位。發(fā)達(dá)國(guó)家的建 筑能耗占國(guó)家能源使用總量的20%-40%。2010年，在美國(guó)（作為世界能源第二大能源消 耗國(guó)，占全球消耗量的19% )約41 %的一次能源被消耗在建筑行業(yè)。因此，在2010年，美 國(guó)在建筑行業(yè)消耗了約7%的全球能源。且約60%被消耗在建筑行業(yè)的能源被用來(lái)空間加 熱，空間制冷，照明和通風(fēng)。中國(guó)（作為世界能源最大的消費(fèi)國(guó)）的建筑在2006年消耗到 約26%的一次能源，到2020年這一數(shù)字預(yù)計(jì)到上升到30%以上。在炎熱和潮濕地區(qū)建筑 能源的消耗甚至更占主導(dǎo)地位，在一些國(guó)家中使用到三分之一到一半的電力。此外，建筑行 業(yè)是與能源有關(guān)的二氧化碳排放的的罪魁禍?zhǔn)?，?010年約占世界排放量的8%。因此，應(yīng) 該采取節(jié)約能源措施以減少建筑物能量損失和二氧化碳排放量。
[0005] 在建筑節(jié)能策略中有兩種方法，一種主動(dòng)的和一種被動(dòng)的策略。改善空調(diào)系統(tǒng)和 建筑照明能積極提高建筑物的能源效率，然而改進(jìn)建筑外圍的性質(zhì)和熱性能的措施如保溫 墻，在屋頂使用冷性涂料降溫，給玻璃涂層，這是被動(dòng)的策略。玻璃是被稱(chēng)為能效最低的一 個(gè)建筑物的部件，通過(guò)改進(jìn)玻璃的熱性能來(lái)阻止這些損失將會(huì)將會(huì)降低電力成本和更少 的溫室氣體的排放。能同時(shí)控制透射的紅外輻射，一種理想的玻璃應(yīng)能夠足夠的透射可見(jiàn) 光。影響熱透過(guò)窗戶傳輸?shù)淖钪匾膮?shù)包括戶外條件，遮陽(yáng)，建筑朝向，窗戶的類(lèi)型和面 積，玻璃性能和特點(diǎn)。改進(jìn)玻璃的性能特點(diǎn)如熱透射率和太陽(yáng)能參數(shù)，在建筑物窗戶的標(biāo) 準(zhǔn)中它們被認(rèn)為是最重要的標(biāo)準(zhǔn)。一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)表來(lái)評(píng)價(jià)窗戶和玻璃的性能，是為 了考慮到建筑的能源性能改進(jìn)來(lái)達(dá)到最低要求。ISO 10291:1994, ISO 12567:2005, ISO 9050:2003, ISO 14438:2002均是這些標(biāo)準(zhǔn)的例子?；趪?guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IS09050)，透光率，太陽(yáng) 能直接透射率，總太陽(yáng)能透射率，紫外線透射率和相關(guān)的玻璃窗因素是確定建筑玻璃光和 能量的性能的必不可少的參數(shù)。在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的一些研究已經(jīng)完成（或相當(dāng)于歐洲EN 410)，是為了確定涂覆玻璃制品的光學(xué)性質(zhì)。一般而言，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說(shuō)明在全球范圍內(nèi)考 慮的標(biāo)準(zhǔn)和基本的特性。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可以直接應(yīng)用或根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件修改。
[0006] 智能型膜，玻璃表面具有光譜選擇性性能的薄膜，是解決上述問(wèn)題的創(chuàng)新辦法。光 熱響應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜可以根據(jù)外界環(huán)境溫度和光線強(qiáng)度的變化改變自身的顏色和光 學(xué)性能。當(dāng)光線較弱或溫度較低時(shí)，光熱響應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜具有良好的光透性，當(dāng)陽(yáng)光 強(qiáng)烈或者炎熱高溫時(shí)，該復(fù)合膜材料對(duì)可見(jiàn)光或不可見(jiàn)的透過(guò)率將大幅下降。隨著國(guó)家節(jié) 能減排政策的執(zhí)行力度加大以及人們對(duì)低碳環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，光熱響應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜 可作為智能型光熱控節(jié)能材料廣泛用于智能建筑中。在光線較弱或溫度低的季節(jié)，光熱響 應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜玻璃能夠最大限度的讓太陽(yáng)光透過(guò)智能玻璃進(jìn)入建筑物內(nèi)部。當(dāng)室內(nèi) 溫度高于人們感到舒適的溫度，智能玻璃將由高透過(guò)率的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯高^(guò)率，智能地屏 蔽掉太陽(yáng)光，這時(shí)太陽(yáng)光將最大程度地被反射。這樣就能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部溫度的智能控 制，但同時(shí)并不影響室內(nèi)的采光，減少空調(diào)的使用。
[0007] 光熱響應(yīng)型智能節(jié)能復(fù)合膜玻璃具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，除了作為智能建筑材 料如建筑業(yè)中用于大廈、高級(jí)住宅、機(jī)楊和碼頭等的窗戶和玻璃幕墻外，小到人們佩戴的太 陽(yáng)鏡大到汽車(chē)、火車(chē)、輪船及飛機(jī)等交通工具的舷窗及防護(hù)膜，均有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。目前 國(guó)內(nèi)外已有智能玻璃的概念性產(chǎn)品出現(xiàn)，我國(guó)智能玻璃的代表性廠商是南京的南京智顯科 技有限公司和北京偉豪智能玻璃有限公司。目前，上述產(chǎn)品在技術(shù)上都是以液晶為敏感材 料制備的。眾所周知，液晶是制備平板液晶電視的材料。而現(xiàn)有的智能玻璃由于采用了制 備平板液晶電視顯示材料的技術(shù)，因此價(jià)格非常昂貴。據(jù)報(bào)道，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格約合15000人 民幣/平方米，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的價(jià)格最少在3000元-10000元/平方米。
[0008] 在傳統(tǒng)的智能材料主要是光敏感的光致變色材料及熱致變色材料。典型的光致變 色材料是鹵化銀化合物，也是傳統(tǒng)制備光致變色玻璃的材料。在一定的光波輻照條件下，鹵 化銀粒子會(huì)吸收能量發(fā)生分解，生產(chǎn)銀粒子和單質(zhì)鹵素。納米銀粒子和鹵素會(huì)遮擋光線通 過(guò)，從而是玻璃變暗。當(dāng)除去光線輻照時(shí)，單質(zhì)銀和鹵素復(fù)合生產(chǎn)無(wú)色的鹵化銀化合物，這 樣玻璃會(huì)變得更加透明。以傳統(tǒng)鹵化銀制備的智能玻璃價(jià)格昂貴，質(zhì)量重，玻璃強(qiáng)度差，變 色效果差、壽命短、穩(wěn)定性難以保證。特別是用作建筑玻璃時(shí)，在寒冷低溫的冬季，人們是需 要高的太陽(yáng)光透過(guò)率來(lái)滿足室內(nèi)取暖降低能耗，由此鹵化銀智能玻璃不能滿足人們作為智 能遮陽(yáng)玻璃的需求。典型的可逆熱致變色材料目前有晶型轉(zhuǎn)換的無(wú)機(jī)可逆變色材料，有機(jī) 液晶可逆變色材料。典型的銀、銅、汞的碘化物以及鈷鹽、鎳鹽與六次甲基四胺形成的化合 物。如碘化汞溫度低于137°C時(shí)，為紅色，當(dāng)溫度高于137°C時(shí)變?yōu)樗{(lán)色。這類(lèi)熱致變色材料 色差大，抗疲勞性好，變色較靈敏。然而，這類(lèi)材料變色溫度高，特別是變色前后都有顏色。 這與節(jié)能控溫的智能玻璃要求在低溫條件下無(wú)色透明，高溫顯色低光透過(guò)差距較大。另一 類(lèi)熱致變色材料典型的有機(jī)可逆變色材料。典型的可逆熱致變色材料包括發(fā)色劑、顯色劑 及溶劑構(gòu)成。發(fā)色劑以熒烷、希夫堿為典型物，顯色劑以雙酚A，4-羥基香豆素等提供路易 斯質(zhì)子酸，溶劑以正十二醇等醇類(lèi)為代表。這類(lèi)熱致變色材料變色溫度低，壽命長(zhǎng)且靈敏度 高。然而，這類(lèi)材料的變色只能出現(xiàn)在低溫有色向高溫?zé)o色轉(zhuǎn)變，或者由低溫的某一種顏色 向另一種顏色轉(zhuǎn)變。特別是，在低溫條件下，很難以無(wú)色透明狀態(tài)存在，因此這類(lèi)材料很難 在智能遮陽(yáng)玻璃方面應(yīng)用。
[0009] 二氧化釩是一種具有相變特性的功能材料，當(dāng)溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，呈單斜晶系結(jié) 構(gòu)，表現(xiàn)為半導(dǎo)體特性；當(dāng)溫度高于相變點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇鸺t石結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為金屬特性。在 從低溫半導(dǎo)體相到高溫金屬相的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，可見(jiàn)光區(qū)域的透過(guò)率變化不大，但紅外光區(qū) 域的透過(guò)率變化顯著，高溫金屬相的紅外區(qū)域透過(guò)率相比低溫半導(dǎo)體相有顯著下降，特別 是對(duì)于波長(zhǎng)大于2500nm的中遠(yuǎn)紅外區(qū)域幾乎不能透過(guò)。并且二氧化釩的這種低溫半導(dǎo)體 相與高溫金屬相之間的轉(zhuǎn)變是可逆的。二氧化釩發(fā)生半導(dǎo)體相與金屬相之間的可逆轉(zhuǎn)變的 溫度點(diǎn)為68°C，對(duì)其進(jìn)行合適的摻雜，在晶格中引入預(yù)定的金屬離子（如鎢、鈮或鉬）能降 低相變溫度點(diǎn)至室