一種光熱響應型智能節能復合膜的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能光學復合材料領域，涉及一種光熱響應型智能節能復合膜。
【背景技術】
[0002] 智能材料是指模仿生命系統，能感知環境變化，并能根據所感知的環境參數及時 調整或改變材料自身的性能參數，作出所期望的并能與變化后的環境相適應的變化的復合 材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。
[0003] 隨著時代的發展，建筑物的智能化建設會愈加深入，智能建筑的內容與涵義隨著 科技的發展不斷延伸，其功能也在不斷擴展，以滿足人們日益增長的各種需要。有關預測表 明，在本世紀中葉，建筑業將步入高科技建材時期，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，玻璃發揮越來越重要的作用。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用正在逐年擴大，利用玻璃材料 獨具的光學特性制造的多功能材料將會在節能綠色建筑中扮演重要角色。除了傳統的節能 玻璃制作工藝，如中空玻璃、吸熱玻璃和熱反射玻璃以外，近年來出現了很多的新技術、新 產品，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保需求的產品。節能減排已成為國內外的首要任務。在全 球能源緊張、綠色環保的強大發展趨勢下，智能玻璃在下一代的綠色環保建筑材料中將發 揮重要的應用。統計表明，建筑行業能耗約占社會總能耗的近一半，其中相當大的一部分 用于建筑物的空調，而建筑物空調的熱損失主要集中在玻璃窗等開口部位。發達國家的建 筑能耗占國家能源使用總量的20%-40%。2010年，在美國（作為世界能源第二大能源消 耗國，占全球消耗量的19% )約41 %的一次能源被消耗在建筑行業。因此，在2010年，美 國在建筑行業消耗了約7%的全球能源。且約60%被消耗在建筑行業的能源被用來空間加 熱，空間制冷，照明和通風。中國（作為世界能源最大的消費國）的建筑在2006年消耗到 約26%的一次能源，到2020年這一數字預計到上升到30%以上。在炎熱和潮濕地區建筑 能源的消耗甚至更占主導地位，在一些國家中使用到三分之一到一半的電力。此外，建筑行 業是與能源有關的二氧化碳排放的的罪魁禍首，在2010年約占世界排放量的8%。因此，應 該采取節約能源措施以減少建筑物能量損失和二氧化碳排放量。
[0005] 在建筑節能策略中有兩種方法，一種主動的和一種被動的策略。改善空調系統和 建筑照明能積極提高建筑物的能源效率，然而改進建筑外圍的性質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，這是被動的策略。玻璃是被稱為能效最低的一 個建筑物的部件，通過改進玻璃的熱性能來阻止這些損失將會將會降低電力成本和更少 的溫室氣體的排放。能同時控制透射的紅外輻射，一種理想的玻璃應能夠足夠的透射可見 光。影響熱透過窗戶傳輸的最重要的參數包括戶外條件，遮陽，建筑朝向，窗戶的類型和面 積，玻璃性能和特點。改進玻璃的性能特點如熱透射率和太陽能參數，在建筑物窗戶的標 準中它們被認為是最重要的標準。一些國際標準已經發表來評價窗戶和玻璃的性能，是為 了考慮到建筑的能源性能改進來達到最低要求。ISO 10291:1994, ISO 12567:2005, ISO 9050:2003, ISO 14438:2002均是這些標準的例子。基于國際標準（IS09050)，透光率，太陽 能直接透射率，總太陽能透射率，紫外線透射率和相關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。在此標準基礎上的一些研究已經完成（或相當于歐洲EN 410)，是為了確定涂覆玻璃制品的光學性質。一般而言，國際標準詳細說明在全球范圍內考 慮的標準和基本的特性。國際標準可以直接應用或根據當地的條件修改。
[0006] 智能型膜，玻璃表面具有光譜選擇性性能的薄膜，是解決上述問題的創新辦法。光 熱響應型智能節能復合膜可以根據外界環境溫度和光線強度的變化改變自身的顏色和光 學性能。當光線較弱或溫度較低時，光熱響應型智能節能復合膜具有良好的光透性，當陽光 強烈或者炎熱高溫時，該復合膜材料對可見光或不可見的透過率將大幅下降。隨著國家節 能減排政策的執行力度加大以及人們對低碳環保意識的加強，光熱響應型智能節能復合膜 可作為智能型光熱控節能材料廣泛用于智能建筑中。在光線較弱或溫度低的季節，光熱響 應型智能節能復合膜玻璃能夠最大限度的讓太陽光透過智能玻璃進入建筑物內部。當室內 溫度高于人們感到舒適的溫度，智能玻璃將由高透過率的狀態轉變為低透過率，智能地屏 蔽掉太陽光，這時太陽光將最大程度地被反射。這樣就能實現對建筑物內部溫度的智能控 制，但同時并不影響室內的采光，減少空調的使用。
[0007] 光熱響應型智能節能復合膜玻璃具有非常廣闊的市場前景，除了作為智能建筑材 料如建筑業中用于大廈、高級住宅、機楊和碼頭等的窗戶和玻璃幕墻外，小到人們佩戴的太 陽鏡大到汽車、火車、輪船及飛機等交通工具的舷窗及防護膜，均有廣泛的應用領域。目前 國內外已有智能玻璃的概念性產品出現，我國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，上述產品在技術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，因此價格非常昂貴。據報道，國外產品價格約合15000人 民幣/平方米，國內產品的價格最少在3000元-10000元/平方米。
[0008] 在傳統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 化銀粒子會吸收能量發生分解，生產銀粒子和單質鹵素。納米銀粒子和鹵素會遮擋光線通 過，從而是玻璃變暗。當除去光線輻照時，單質銀和鹵素復合生產無色的鹵化銀化合物，這 樣玻璃會變得更加透明。以傳統鹵化銀制備的智能玻璃價格昂貴，質量重，玻璃強度差，變 色效果差、壽命短、穩定性難以保證。特別是用作建筑玻璃時，在寒冷低溫的冬季，人們是需 要高的太陽光透過率來滿足室內取暖降低能耗，由此鹵化銀智能玻璃不能滿足人們作為智 能遮陽玻璃的需求。典型的可逆熱致變色材料目前有晶型轉換的無機可逆變色材料，有機 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，為紅色，當溫度高于137°C時變為藍色。這類熱致變色材料 色差大，抗疲勞性好，變色較靈敏。然而，這類材料變色溫度高，特別是變色前后都有顏色。 這與節能控溫的智能玻璃要求在低溫條件下無色透明，高溫顯色低光透過差距較大。另一 類熱致變色材料典型的有機可逆變色材料。典型的可逆熱致變色材料包括發色劑、顯色劑 及溶劑構成。發色劑以熒烷、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 斯質子酸，溶劑以正十二醇等醇類為代表。這類熱致變色材料變色溫度低，壽命長且靈敏度 高。然而，這類材料的變色只能出現在低溫有色向高溫無色轉變，或者由低溫的某一種顏色 向另一種顏色轉變。特別是，在低溫條件下，很難以無色透明狀態存在，因此這類材料很難 在智能遮陽玻璃方面應用。
[0009] 二氧化釩是一種具有相變特性的功能材料，當溫度低于相變點時，呈單斜晶系結 構，表現為半導體特性；當溫度高于相變點時，轉變為四方金紅石結構，表現為金屬特性。在 從低溫半導體相到高溫金屬相的轉變過程中，可見光區域的透過率變化不大，但紅外光區 域的透過率變化顯著，高溫金屬相的紅外區域透過率相比低溫半導體相有顯著下降，特別 是對于波長大于2500nm的中遠紅外區域幾乎不能透過。并且二氧化釩的這種低溫半導體 相與高溫金屬相之間的轉變是可逆的。二氧化釩發生半導體相與金屬相之間的可逆轉變的 溫度點為68°C，對其進行合適的摻雜，在晶格中引入預定的金屬離子（如鎢、鈮或鉬）能降 低相變溫度點至室