[发明专利]一种同时具有调光和隔热保温功能的透明结构及其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及节能环保新材料技术领域，更具体地涉及一种同时具有调光功能隔热保温功能的透明结构，还涉及该透明结构的制备方法和在节能玻璃或节能树脂等方面的应用。

背景技术

建筑能耗一般占据了社会总能耗的三分之一以上，同时，建筑用能对世界温室气体排放的“贡献率”高达25%，是温室气体减排的重点大户之一。玻璃窗作为建筑与外界进行光热交换的主要通道，资料表明，建筑能耗的50%是通过玻璃窗进行的；而建筑物外墙等的吸热也加剧了城市中心的热岛现象。所以，实现建筑节能将对减少建筑温室气体排放起着决定性作用。同样，汽车等移动体的窗户或外表面的节能化，也将对舒适与节能减排做出贡献。

目前，市场销售的节能玻璃窗或节能贴膜(简称节能窗)均属于低辐射率(Low-E)范畴，其特点是具有较高的可见光透过率(透明)和较低的远红外发射率(隔热保温)，并可以通过结构设计和材料选择，在实现隔热保温的同时，对太阳光中近红外部分实行高遮断(适合于炎热地区)或高透过(适合于寒冷地区)。但是，一旦决定了材料和结构，其光学性能也随之固定，不能随季节和温度环境的变化实现双向调节，即冬天对太阳光中近红外部分呈现高透过，而夏天则对其呈现高遮断，因而不能完全适合大部分冬暖夏热四季分明地区的需要。

而最近出现的智能型节能窗，由于其光学性能可随外界环境或居住者的需要实现双向调节，更能适用于大部分冬暖夏热地区需要，使居住空间更为舒适节能，被称作为下一代的节能窗产品。根据材料的致变色原理可分为电致变色、气致变色和热致变色等几种主要类型。顾名思义，电致变色材料需通过施加电压，气致变色材料需要通入氢气才能实现双向调节，而利用二氧化钒由于温度变化导致的半导体-金属相变所伴随的巨大光学性能变化原理所研制的热致变色节能窗，由于能够根据环境温度自动进行光热透反射率的可逆调节，达到冬暖夏凉的目的，而无需任何人工能源，被认为是最低碳环保的节能窗之一。

二氧化钒热致变色节能窗的主要制备方法有物理法(主要为磁控溅射镀膜)和化学法(包括化学气相镀膜和溶液镀膜和纳米粉体制备)等。采用磁控溅射等物理法镀膜方式容易获得结合性好光学性能高的高性能镀膜产品，但由于磁控溅射镀制二氧化钒薄膜必须在对基材进行加热(约400℃)的条件下进行，不适宜在高分子基材上的镀膜工艺。而且真空镀膜设备庞大，工艺复杂，成本较高。而二氧化钒纳米粉体的化学制备技术是最近发展起来新的应用方向，具有制作设备简单，成本低，容易量产，使用方便，可通过涂覆或混炼的方法简单获取节能玻璃与树脂贴膜等优点，特别是涂层涂覆工艺可以在非加热条件下实施，适宜制备各种类型的高分子膜，有利于建筑物或车辆的节能改造，因而受到了越来越多的重视。

但是，用二氧化钒热致变色纳米粉体涂层制备的热致变色节能窗，虽然能在太阳光谱波段领域上能实现透反射率的自动调节，但由于低温状态的半导体相二氧化钒不具有对远红外热辐射的高反射率(低辐射率即Low-E)，不具有在寒冷季节的隔热保温效果。显而易见，如果能在二氧化钒热致变色节能窗的基础上赋予其低辐射率功能，则能大大增加这种热致变色节能窗的总体节能舒适效果，使这种新型节能窗具有更广泛的应用前景。

国内目前已经出现了部分二氧化钒粉体的制备及其在节能窗方面的应用技术。例如，中国发明专利CN1837061A公开了一种相变温度可调的相变智能材料(掺杂二氧化钒粉体)及其制备方法，该方法先采用液相沉淀法制备掺杂二氧化钒前驱体，再将经过滤干燥等处理的前驱体在高温下(400-1200℃)加热结晶化，形成所定所组成(V1-xMx02(0<X<0.06))的掺杂二氧化钒粉体。

但是，这种方法必须将前驱体经高温煅烧才能获得结晶状态的掺杂二氧化钒粉体。显然，高温煅烧过程中不可避免的烧结过程必然会造成粉体的结块，所获结块的粉体需经再次粉碎才能应用于节能涂料，而结块和再次粉碎均会引起掺杂二氧化钒结晶的固有热致变色性能的劣化。

中国发明专利CN 101265374A还公开了将掺杂二氧化钒均匀分散在可成膜材料中制成浆料，通过涂覆并经干燥加热处理后，在材料表面形成智能隔热保温膜的技术。为了获得良好的红外线阻隔效果，该智能隔热保温膜除含有掺杂二氧化钒和树脂等以外，还可在浆料中添加光学阻隔性金属氧化物(包括透明导电材料ATO，ITO)用于阻隔太阳光波段(300-2500nm)中的紫外或红外辐射。