[发明专利]一种氟钨共掺杂纳米二氧化钛透明隔热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氟钨共掺杂纳米二氧化钛透明隔热材料以及制备方法；以十八醇或十六醇为溶剂，十八烯或正十四烯为表面活性剂，油酸和油胺为形貌控制剂，混合于钛源、氟源和钨源基底中，在氮气气氛下均匀搅拌加热至原料中固体颗粒溶解后进行脱气处理，再升温至300‑330℃保温1‑2h，随后经冷却、洗涤、干燥、研磨得到。该二氧化钛透明隔热材料制备成涂层后，可以保持在拥有良好可见光透过率的前提下，还具有极强的近红外阻隔性能，在透明隔热涂料领域具有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及透明隔热纳米二氧化钛粉体材料，具体涉及一种具有透明和极强近红外屏蔽功能的氟钨共掺杂纳米二氧化钛粉体及其制备方法，属于建筑节能技术领域。

背景技术

步入21世纪后，随着工业化进程的迅速发展，能源和资源匮乏逐渐成为国家密切关注的问题，特别是在我国位于赤道两侧的南方热带地区，常年处于高温状态、温差变幅较小，人们对空调制冷的需求量不断增大，导致用电量不断攀升，能源消耗巨大，同时城市的热岛效应也在不断加剧，为了践行可持续发展战略，节约能源就显得尤为重要。

建筑物在社会中的能源消耗占比已经达到了35％，其中约半数是由建筑取暖或制冷的空调所造成，而作为建筑物的门面，玻璃门窗散失的热量占建筑空调能耗的30％以上。另一方面，随着现代建筑对室外景观和室内采光等要求的提高，各类玻璃门窗的需求也在不断提高，我国所使用的建筑玻璃隔热性能普遍较差，因此，如果制备出一种既有很好的采光效果，又可对近红外光具有较强屏蔽性能的功能涂层，将其涂覆于建筑玻璃表面，将对能源的节约有重大的意义。

太阳辐射的能量主要集中在近红外区域，约占太阳总辐射能的52％，而紫外和可见光区域所占能量约为5％和43％。从半导体能带理论的能量角度来分析，当材料的禁带宽度大于可见光子(λ＝400nm)能量的光学禁带宽度(3.1eV)时，在可见光照射下则无法引起本征激发，所以不会吸收波长400nm以上的可见光和近红外光，如氧化铟、氧化锡、氧化锌和氧化镉等绝大多数半导体材料。但这类纳米半导体经过改性分散后加入到树脂溶液中，可获得半导体复合薄膜，对红外光有很强的阻隔作用，如掺Sn的In₂O₃(ITO)、掺Sb的SnO₂(ATO)、掺Al的ZnO(AZO)、掺F的SnO₂(TCO)等，这是目前大多数隔热膜的主要成分。这些透明薄膜均有较好的隔热功能，目前也已经应用于市场中，但它们也或多或少存在一些缺点，如ITO中，铟和锡作为稀有金属元素，在地壳中的分布量比较小，获取方式比较困难，原料价格较为昂贵；ATO材料同样面临原料较贵的问题，且其通常由水热法制备，需要较高的反应温度和较长的反应时间。AZO目前研究进展迅速，电阻率和光透性都优于TCO，且原料丰富，稳定性好，是未来的发展方向，但其存在技术尚不成熟，抗腐蚀性、耐久性较差的问题。因此，结合质量、装饰效果、成本和节能效果等因素综合考虑，一种新型的性能稳定、成本低廉和可见光透过率高、近红外阻隔率强的透明隔热材料亟待开发。

TiO₂是一种n型半导体材料，具有化学稳定性高、光电性能优异、价格成本低、绿色无毒的优点，已证明是最合适的环境相容性材料。TiO₂的能隙较大(金红石结构和板钛矿结构3.0eV、锐钛矿结构3.2eV)使得其不会对可见光产生本征吸收，但同时对近红外波段太阳光的吸收也较弱，无法充分利用占太阳光能量近52％的近红外光。因此，当二氧化钛颗粒的粒径在10nm左右，远小于可见光波长时，将其制备成薄膜后便具有极高的可见光透过性，但对近红外光的阻隔率也几乎为零。