[发明专利]一种热色智能膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热色智能膜及其制备方法，尤其涉及智能膜在热处理中的防止热色涂层退火晶化时产生氧化或还原变质的问题。

背景技术

热色智能膜由于在非常接近于室温的环境下能够随着环境温度变化而进行方向的调节，简言之在夏天非常炎热的时候且热色智能膜层温度达到相变温度，则该膜层能够反射太阳辐射的红外线达到隔热的效果；相反在冬天寒冷的时候热色智能膜层本身的温度远低于相变温度，则该膜层允许太阳辐射中的红外线通过。热色智能膜层这样的变化特性在建筑节能等相关行业具有非常广阔的应用前景。

对于热色智能膜的大批量生产而言，传统的制备工艺路线有两种，即化学喷涂热分解以及溅射镀膜。化学喷涂热分解由于其外观颜色、膜层厚度等方面的控制具有一定的局限性，其工业化生产采用较少。溅射镀膜与化学喷涂热分解相比，具有较多的优点，如膜层成分易控制，膜层厚度容易控制，重复性良好。由于热色智能膜的氧化钒膜层的形成需要较高的温度环境，通常在400℃～600℃之间，为适应热色功能涂层的形成两溅射法的制备的两种路线，其一将待镀膜基片加热到以上所述的温度范围，沉积VO₂获得具有随环境温度变化而调节得热量的热色智能膜。其二在基片上低温沉积非晶态VO₂薄膜，连续或非连续的情况下实施高温退火处理，使得非晶VO₂薄膜晶化改性而获得具有随环境温度变化而调节得热量的热色智能膜。针对第一种路线将遇到真空环境加热、降温、基片耐温与性能降低等问题。相对而言，低温沉积非晶VO₂后在高温环境下退火制备路线更具有可实施性。

针对热色智能膜，常见退火方式包含快速退火、普通电阻加热退火，两种方式的典型代表是红外辐射退火。红外辐射退火可以在数十秒内将衬底表面的膜层加热到400℃～600℃或者更高的温度范围。另一方面钒元素是一种具有多价态的元素，不同的氧气氛等环境下形成不同的氧化物，如V₂O₅，V₄O₉，V₆O₁₃，VO₂,V₂O₃，VO等，其中仅有VO₂是寻求的可以实现在室温附近具有随环境温度调节得热量的有用成分。因此不管是那种方式的退火处理，都需要对非晶的VO₂薄膜施加阻隔层保护，防止外部环境氧的侵入。

金属NiCr作为防止氧化或增强耐候常用的膜层，在太阳能调节膜层中应用广泛，尤其利用于LOW-E玻璃的红外功能层Ag的保护，例如在专利文献US 5344718即采用了金属NiCr膜层。然而，由于NiCr膜层具有较高的吸收率而降低了最终膜层的透过率。因此为了实现更为理想的高可见光透过率的功能膜层被迫设计了薄至0.7nm的NiCr阻挡膜层。为了避免热色智能膜在大气环境下退火出现氧化钒膜层的氧化变质，同样可以采取类似NiCr阻挡层作为氧化钒膜层的金属保护层。然而，研究表明虽然NiCr具有优良的隔离氧等气氛作用，但是氧化钒膜层表面镀制的NiCr层表面形貌非常粗糙，且膜层厚度0.5～10nm范围内成非连续岛状生产。热处理过程有效阻止氧侵入需要增加NiCr的膜层厚度，这样的结果严重影响采光效果。另一方面因NiCr表面形貌影响而引起氧化钒膜层内不必要的缺陷增加，最终导致整体热色智能膜性能下降。另外其金属氧化物如NiCrOx具有较高的通透性，研究表明形成与NiCr同样厚度的薄膜时表面平整度较好，只是其在高温条件下阻隔效果不如NiCr膜。因此为了获得更好的保护效果，本发明提出了NiCrOx+NiCr的复合型阻挡膜层结构。基于LOW-E节能膜层技术的发展，可以寻找到较多的可用于提供阻挡作用的膜层材料，如Ni、Ti、Cr以及对应的合金材料的氧化物、氮化物及其氮氧化物都可以作为本发明中所述的阻挡层材料的备选。

发明内容

基于上述制备技术路线和存在的问题，本发明采取的技术方案是与氧化钒膜层相邻第一阻隔层，采用氧化物、氮化物或者氮氧化物进行保护。在第一阻隔层上设置第二阻隔层，采用金属膜进行保护。这样的复合双层结构可以实现包含氧化钒膜层的热色智能膜在真空气氛环境、大气环境下承受较长时间的退火处理，其热色智能膜不会被氧化或还原而变质。

为达到上述效果，本发明采用以下技术方案：