[发明专利]一种提高气致变色薄膜气致变色速度的方法

说明书

技术领域

本发明属于气致变色薄膜技术领域，具体涉及一种提高气致变色薄膜气致变色速度的方法。

背景技术

目前，能源短缺已成为各级政府日益关心的问题，清洁、再生、安全可靠能源的使用已迫在眉急。建筑物是高能耗单位之一，其能耗已达到社会总能耗的27.6％，并将超过33％，其中40％的能量损失是由窗户造成的，为发达国家的2-3倍。据统计，在采暖或空调条件下，冬季单玻璃窗所损失的热量约占热负荷的30-50％，夏季因太阳辐射热透过玻璃窗射入室内而消耗冷量约占空调负荷的20-30％。因此，新型节能材料和节能技术以及太阳能的综合利用已被提到议事议程。如果在这种高能耗的窗玻璃上镀一层透明隔热保温薄膜材料，可以有效地节约能量。据美国MIT估计，单层玻璃窗(不镀膜时)的热损失每年约7美元/m²，若在玻璃上镀一层透明隔热保温薄膜材料后，可使窗户热损失降至每年约3.2美元/m²。据瑞典Uppsala大学估计，在欧洲中部的气候条件下，在窗户玻璃上镀一层透明隔热保温薄膜，可使家庭节能20％，办公场所节能12％。

早在上世纪80年代，欧洲、美国、日本、中国等国家就开展了透明隔热保温节能薄膜材料研究，并在现代建筑中取得了很好的应用(即玻璃幕墙)，达到了较好的节能效果。但是，这种材料功能单一、光谱特性固定。无论是晴天还是白昼，室内依然采用灯光照明，人们无法享受大自然的阳光，而且夏天节能，则冬天耗能；反之，冬天节能，夏天则耗能。对于我们所处的温带地区，其光学特性与节能特性无法随季节、昼夜的变化而调节。因此，为了提供舒适的人居、工作环境，长期以来，人们正在寻找一种能智能化控制、光学特性能随外界环境改变而发生可逆变化，集节能、装饰、隔热、保温于一体的镀膜玻璃材料。致色性灵巧窗的诞生，能够解决这一难题。

致色性灵巧窗能够动态、可逆、任意地对通过窗户的阳光进行智能化控制，可广泛应用于建筑、汽车、宇宙飞船等作为高能效阳光控制节能窗户，特别适应于现代建筑大厦的发展，为现代节能窗户系统的制造提供了全新的设计方法。

通常，致色性灵巧窗分为热致变色、光致变色以及电致变色等几种。从作用形式上讲，光致变色与热致变色是一种被动式变色材料，只有在外界条件如光强、温度发生变化时才发生变色现象，人们不能灵活调控。而电致变色材料则是主动式功能材料，其光学特性(如透射率、颜色)可根据周围环境的变化，通过电场作用，发生离子与电子的共注入与共抽出，使材料的光学特性发生连续、可逆、任意地变化，从而实现光密度连续可调，因此，最具有实际应用前景，美国、日本以及欧洲等发达国家以及国内多家单位正在进行商业应用研究，但是这种致色性灵巧窗通常由五层薄膜材料组成，器件结构复杂、影响因素多、制备成本高，而且难于大面积生产。虽然这种电致变色材料已有汽车倒视镜、太阳眼镜等小尺寸商业产品，但是作为大尺寸的建筑节能窗至今仍未实现商业化应用。

近年来，国际上致色性材料的最新研究表明，一种与电致变色具有相似变色机理的变色材料——气致变色薄膜正引起人们的极大兴趣。这种致色性灵巧窗仅由一层致色薄膜和一层极薄的催化剂层或一层含有催化剂的致色薄膜构成，气体分子(如氢气)被催化剂分解为原子，通过扩散进入致色材料中引起光学特性的变化，从而导致薄膜材料透射率连续、可逆、任意地变化。这种固态结构的致色性材料结构简单、影响因素少，而且光学调节范围更广、便于大面积生产，器件运行无能耗。这种新型气致变色灵巧窗率首先由德国费琅霍夫太阳能系统研究所提出和发展，之后美国、斯洛文尼亚等少数国家的大学、研究所相继开展了这方面工作。国内目前仅有同济大学、中科院广州太阳能研究所等单位开展这方面研究。

从原理上，电致变色灵巧窗器件是小的阳离子和电子在电场作用下双重注入和抽出致色性薄膜，发生电致变色和退色效应。而对于气致变色灵巧窗器件，氢分子经催化剂作用后分解成氢原子，扩散至致色性薄膜中发生致色效应，而当氧原子或空气扩散至薄膜中产生退色，因此，两者氢注入/退出驱动机制不同，从而要求薄膜材料的微结构特性各异。

当前国际上，集中研究最具应用前景的非晶WO₃薄膜材料的气致变色性能为主，就如何提高以非晶WO₃薄膜材料制成的气致变色窗器件的氢原子扩散速度、扩散均匀性、颜色一致性、变色速率、耐用性等问题正进行深入研究。