一種有序密集排布的微腔結構膜真空玻璃的制作方法

本實用新型涉及一種有序密集排布的微腔結構膜真空玻璃(簡稱“微腔玻璃”)，屬于特種玻璃材料加工生產領域。

背景技術：

理想的建筑和交通運載工具必用玻璃，其要求是能提供冬暖夏涼和透光的保證。這就是要求玻璃窗既要隔冷熱、保溫，又要透可見光、節能低碳并且具有裝飾的效果。

現有的建筑窗玻璃主要采用的有普通玻璃、顏色玻璃或中空玻璃(兩片玻璃之間夾放框架并密封)，其對建筑節能和舒適雖有一定作用，但是滿足不了人們的需求。除此之外，還有一種較流行的技術方法-即在普通單片玻璃上貼膜或鍍膜，也能較好地達到一定的夏季隔熱、冬季保溫的目的。近年來在國際上熱門的產品還有低輻射鍍膜單片玻璃(簡稱LowE玻璃)和一類新發展的未來玻璃產品-電致變色玻璃。它們在節能效率和性價比等方面都存在不足。比如，二者都要有功能性材料-二氧化錫(SnO₂)層。它既是低輻射膜材料又是光電子行業常用的透明導電材料；但是，SnO₂價格和資源限制了未來的應用和市場。中國實用新型專利申請200420083199.0號公開了一種低輻射鍍膜玻璃，它復合有五個膜層：金屬氧化物膜層、金屬或合金阻擋層、金屬銀、金屬或合金阻擋層、金屬氧化物膜層。該復合玻璃結構使用太多的貴金屬和合金，成本高、透過率低。中國實用新型專利申請02291440.4號公開了一種中空玻璃，它由多片玻璃和一個框架構成，框架設置在其中兩片玻璃之間，并通過密封材料丁基密封膠粘接和密封；玻璃采用鋼化玻璃與普通玻璃的復合層，其間用PVB膠片粘合，其中一片玻璃上用鈦金箔粘附。該復合玻璃結構沒使用低輻射鍍膜材料，沒有真空間隔層結構，所以它絕熱和抗輻射效果就較差。

此外，目前流行的高層建筑玻璃幕墻化；但是，玻璃幕墻除了前述問題它還存在著光污染等缺點。幕墻的光污染是由于采用了涂膜玻璃或鍍膜玻璃后，當直射日光和天空光線照射到其表面時，由于玻璃的鏡面反射(即正反射)而產生的反射炫光。首先，光污染是制造意外交通事故的兇手；其次，光污染也給附近的居民生活帶來了麻煩，夏日陽光被反射到居室中，會使室溫平均升高4～6℃，夜間干擾休息等。

上述二個專利及其它產品都不具備使玻璃既要隔冷、隔熱、保溫，隔離紅外熱輻射，又要透可見光、節能低碳、降低光污染并具有裝飾的效果。目前，在市場和文獻中都還沒有這種有序微孔結構真空玻璃。本實用新型“微孔玻璃”的效能和制備方法是與以往的傳統的產品不一樣的。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術存在的缺陷，提供了一種有序密集排布的微腔結構膜真空玻璃。

為解決上述技術問題，本實用新型是采用如下技術方案實現的：

一種有序密集排布的微腔結構膜真空玻璃，包括微腔玻璃板(1)，所述玻璃板(1)內部有一層或二層緊密排布的微球體(2)，在每一層微球體(2)的表面設置一層薄膜(3)，在每一層或雙層之間緊密排布的鄰近的微球體(2)之間有微腔(4)存在。

技術方案中所述的微球體(2)的形狀為球形、橢球形或錐體形；所述薄膜(3)的厚度是在10-1980納米之間；薄膜(3)的覆蓋面積是一層微球體中的球形和橢球形的半個球的表面或者是錐體形的整個側面的側面積。

技術方案中所述微腔玻璃板(1)是平板或者是曲面板，平板或曲面板的微腔玻璃板(1)的面積是在1-60000平方厘米之間。

技術方案中所述微球體(2)的材料是透明硬質材料。

技術方案中所述的透明硬質材料為普通玻璃、石英玻璃或純SiO₂。

技術方案中所述微球體(2)的尺寸，以微球體的最大粒徑為準范圍在0.3-20000微米之間。

技術方案中所述薄膜(3)的材料是金屬Cu、Al、Zn、Ti、Ag；或者是金屬Cu、Al、Zn、Ti、Ag中兩種或三種的復合材料；或者是合金材料；或者是透明硬質材料；或者是半透明硬質材料。

技術方案中所述的透明硬質材料或半透明硬質材料為半導體氧化物材料Cu₂O、ZnO、TiO₂、NiO、SnO₂、V₂O₅、MoO₃、WO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄或半導體氧化物材料Cu₂O、ZnO、TiO₂、NiO、SnO₂、V₂O₅、MoO₃、WO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄中兩種、三種或多種復合的材料。

技術方案中所述微腔(4)內不存在任何物質，為真空腔體，真空的氣體壓強小于9.8X10^-1Pa。

技術方案中所述微腔玻璃板(1)的四周邊沿設置有用于密閉、安全、運輸和安裝用的多功能密封膠(5)和密封邊框(6)；密封邊框(6)為金屬、合金或者是硬質塑料。

本實用新型的技術方案綜合利用了三種物理學原理與技術：(i)光學微腔；(ii)“真空”科技；(iii)低表面輻射率材料。

(i)光學微腔

通過光學理論分析和設計，在玻璃板1中實現了在每一層緊密排布的鄰近的多個微球之間有整齊排列的很小間隙的微腔。由于這些微腔存在多種曲面形狀的“空氣/玻璃”或“真空/玻璃”的光學界面；則在微腔的尺寸效應影響下，依據設計它們將對不同光譜波段的光線產生不同的透射、反射、散射；從而使較小尺寸的微空腔能一定程度地提高對紅外波段輻射光的阻擋，保證可見光透射的特性實現。

眾所周知，在我們的環境中一般來講太陽能及各種熱輻射源、光源等對于窗玻璃都是有角度入射的光線，從而使較大尺寸的微空腔結構使得非垂直玻璃表面入射的熱輻射光線都產生多個角度的反射，或在微腔內多次反射而衰減；這就避免了由于普通窗玻璃以及鍍膜玻璃的鏡面反射(即正反射)而產生的反射炫光和光污染。

特別的當微腔4的內表面設置一層或二層低表面輻射率材料的薄膜后[參見(iii)低表面輻射率材料]，上述效應就更加顯著。

(ii)“真空”科技

遵循能量的傳遞原理并借助“真空”科技的成果，實現了間隙微腔之內的真空度的實現。玻璃中的‘真空’微腔的引入真正地實現了無熱傳導和無熱對流材料的創新；同時，也實現了隔聲作用。因為在‘真空’微腔中沒有傳導和對流的媒介存在，也不存在各種聲音的傳導媒介。

再者，‘真空’微腔的存在替代了傳統的真空腔體中必須有的支撐物，它被用來支撐玻璃受外界大氣壓的壓力，而達到玻璃內部和外部大氣壓力的平衡；使玻璃板的上下表面之間保持穩固間隔和真空層。

(iii)低表面輻射率材料薄層

由于在微球2的球殼表面涂制的低輻射材料的薄膜，所以它形成了光學空腔——微腔4的內表面膜層。這個紅外光熱輻射反射層使得該“微腔玻璃”具有很低的表面輻射率，并對紅外熱輻射的反射率很高；同時可見光依然可以透過該薄膜和玻璃板。總的效果能保持室內光線柔和，實現節約照明能源、體感舒適而有利健康。

通過上述(i)光學微腔理論和光的反射、干涉和衍射效應的設計利用，在該“微腔玻璃”中，金屬等類薄膜層的球殼或微腔基本單元(基元)構成了更多的曲面型鏡面以及更大的反射面積，從而促進增加了更多的紅外熱輻射光子和光線的反射、漫射等特性；因為它們有更多和更大的承載面積和額外間隙的真空，從而為阻隔熱的直接輻射提供了條件和環境。此外，它同時也可控制建筑的各個朝向對采光和太陽輻射熱能隔絕的利用，使整個建筑成為更加節能而又舒適的活動空間，裝飾性獲得進一步改善，提升了建筑的品質。

通過上述三種物理學原理的綜合設計和利用，該“微腔玻璃”實現了如下的場景應用。在夏季，它可阻止部分室外太陽發出的熱輻射進入室內，室內的空調冷氣卻不能對流到室外，節約空調費用；而它同時對天空中漫射的可見光光線有很好的透過特性，節約照明費用。在冬季，它就會有效地把室內散熱片及室內物體散發的遠紅外線反射回室內，保證室內熱量不向室外散失。同時還能允許部分太陽的可見光進入室內，從而可以節約空調取暖和照明費用。

總之，該“微腔玻璃”在其內部引入了有序排列的微腔結構，引入了低輻射率的節能薄膜材料層，引入了“微結構超級絕熱材料”——緊密排布的低氣壓的真空空腔，引入了遵循光學的反射/散射理論設計的“金屬異型曲面式反射體”，引入了微腔的超薄鍍層面積的選取以及光線通透設計(可以確定允許環境中漫射的可見光線通過和反射紅外光的比例)。

與現有技術相比本實用新型的有益效果是：

1)實現了一種新型有序真空光學微腔玻璃，該實用新型“微腔玻璃”具有遮陽、節能、裝飾的效果。

2)它的節能低碳體現在能隔冷隔熱，保溫效果好，又能允許可見區光譜范圍的陽光透過，而實現節省照明用電達到玻璃的效果。

3)它的隔冷隔熱體現在球殼薄膜能阻隔紅外輻射，以及微腔內的真空實現了無熱傳導、無熱對流和無震動波的傳導(隔音)。

4)它的遮陽和裝飾體現在可以選擇性的設計具有淺黃色、淺銀色等多種類的顏色；具有使人眼舒適和一定的透光特征；可以選擇性的具有多彩色分光，可以選擇性的具有減少光的反射和慢反射，半反射或全反射鏡面的裝飾效果。

5)該“微腔玻璃”在冬季和潮濕陰雨天氣還具有一定的防霧、防結霜優點。

6)該“微腔玻璃”也具有一定的窗簾功效，即可以實現在白日室外看不到室內的人與物，而室內卻可以容易看到室外的景象。

7)該“微腔玻璃”的主體材料僅僅使用玻璃和金屬框架，所以是理想的綠色循環利用的建材。

8)該“微腔玻璃”適用于未來的大片標準模塊化的“建材磚”,便捷用于整片墻體建造、安裝。

9)由前述的闡述，該“微腔玻璃”兼顧了各種保溫及玻璃材料的優點，是性能優良的復合型絕熱保溫透明玻璃體建材；它與傳統保溫、玻璃、建筑制品相比，各項其參數指標都優越，如，它的導熱系數低、適合可見光透過、能有一定的防霧防霜，隔聲保溫節能的功效。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明：

圖1是本實用新型的第一個實施例的整體結構的正視圖；

圖2是圖1中A-A向剖視圖；

圖3是本實用新型的第二個實施例的整體結構的正視圖；

圖4是圖3中A-A向剖視圖；

圖5是本實用新型的第三個實施例的整體結構的正視圖；

圖6是圖5中A-A向剖視圖；

圖7是本實用新型的第四個實施例的整體結構的正視圖；

圖8是圖7中A-A向剖視圖；

圖中：1、微腔玻璃板；2、微球；3、薄膜；4、微腔；5、密封膠；6、密封邊框。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作詳細的描述：

一種有序密集排布的微腔結構膜真空玻璃，包括微腔玻璃板1，所述微腔玻璃板1內部有一層(或二層)緊密排布的微球體2(微球體包含球型、橢球、錐體)，在每一層微球體2的表面設置一層薄膜3，在每一層(或雙層之間)緊密排布的鄰近的微球體2之間有很小間隙微腔4存在。

技術方案中所述微腔玻璃板1可以是平板，或者是曲面板；平板或曲面板的微腔玻璃板1的面積是在1-60000平方厘米之間。

技術方案中所述微球體(2)的材料是透明硬質材料(透明硬質材料包含普通玻璃、石英玻璃、純SiO₂)；微球體(2)的尺度是在0.3-20000微米之間。

技術方案中所述所述薄膜(3)的材料是金屬Cu、Al、Zn、Ti、Ag，或者是它們的復合材料，或者是合金材料層，或者是透明/半透明硬質材料層(透明/半透明硬質材料層包含半導體氧化物材料及其多種復合物的材料層)；薄膜(3)的厚度是在10-1980納米之間。薄膜(3)的覆蓋面積是一層微球體中球型和橢球型的半個球的表面或者是錐體的整個側面的側面積。

技術方案中所述微腔4內不存在任何東西，也沒有空氣，其真空氣體壓強小于9.8X10^-1Pa。

技術方案中所述玻璃板1的四周邊沿設置有用于安全、運輸和安裝用的多功能密封膠5和密封邊框6；密封邊框6為硬質材料(硬質材料可以是金屬、合金或者是硬質塑料)。

實施例一

本實施例的有序微腔玻璃板1是300平方厘米平板形狀，其內部有二層緊密排布的SiO₂微球2。微球2的尺度是1微米，在其表面設置一層金屬Cu薄膜3，薄膜3的厚度是在30納米，薄膜3覆蓋半個微球的球表面。在這一層緊密排布的鄰近的微球2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內不存在任何東西，也沒有空氣，其真空氣體壓強小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質的密封邊框6。

實施例二

本實施例的有序微腔玻璃板1是600平方厘米平板形狀，其內部有一層緊密排布的SiO₂微球2。微球2的尺度是2微米，在其表面設置一層金屬Al薄膜3，薄膜3的厚度是在50納米，薄膜3覆蓋半個微球的球表面。在第一層與第二層緊密排布的微球2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內不存在任何東西，也沒有空氣，其真空氣體壓強小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質的密封邊框6。

實施例三

本實施例的有序微腔玻璃板1是600平方厘米平板形狀，其內部有一層緊密排布的玻璃圓錐體2。圓錐體2的尺度是2微米，在其表面設置一層金屬Al薄膜3，薄膜3的厚度是在50納米，薄膜3覆蓋完整圓錐體的側表面。在這一層緊密排布的鄰近的圓錐體2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內不存在任何東西，也沒有空氣，其真空氣體壓強小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質的密封邊框6。

實施例四

本實施例的有序微腔玻璃板1是300平方厘米平板形狀，其內部有二層緊密排布的玻璃圓錐體2。圓錐體2的尺度是1微米，在其表面設置一層金屬Cu薄膜3，薄膜3的厚度是在30納米，薄膜3覆蓋完整圓錐體的側表面。在第一層與第二層緊密排布的玻璃圓錐體2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內不存在任何東西，也沒有空氣，其真空氣體壓強小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質的密封邊框6。