一種具有高隔熱功能的透明調光結構及其制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有高隔熱功能的透明調光結構，所述透明調光結構至少包括：納米級的二氧化釩粉體，微米級的氧化硅空心球，以及板狀透明基材。本發(fā)明還提供所述透明調光結構的制備方法。本發(fā)明的技術方案克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點。
【專利說明】一種具有高隔熱功能的透明調光結構及其制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保新材料【技術領域】，更具體地提供一種同時具有隔熱功能的透明調光結構，及其制備方法和在節(jié)能玻璃或節(jié)能樹脂等方面的應用，。
【背景技術】
[0002]建筑能耗一般占據(jù)了社會總能耗的三分之一以上，同時，建筑用能對世界溫室氣體排放的“貢獻率”高達25%，是溫室氣體減排的重點大戶之一。玻璃窗作為建筑與外界進行光熱交換的主要通道，資料表明，建筑能耗的50%是通過玻璃窗進行的；而建筑物外墻等的吸熱也加劇了城市中心的熱島現(xiàn)象。所以，實現(xiàn)建筑節(jié)能將對減少建筑溫室氣體排放起著決定性作用。同樣，汽車等移動體的窗戶或外表面的節(jié)能化，也將對舒適與節(jié)能減排做出
-Tj.士 [>貝獻。
[0003]目前，市場銷售的節(jié)能玻璃窗或節(jié)能貼膜(簡稱節(jié)能窗)均屬于低發(fā)射率(Low-E)范疇，其特點是具有較高的可見光透過率(透明)和較低的遠紅外發(fā)射率(隔熱保溫)，并可以通過結構設計和材料選擇，在實現(xiàn)隔熱保溫的同時，對太陽光中近紅外部分實行高遮斷(適合于炎熱地區(qū))或高透過(適合于寒冷地區(qū))。但是，一旦決定了材料和結構，其光學性能也隨之固定，不能隨季節(jié)和溫度環(huán)境的變化實現(xiàn)雙向調節(jié)，即冬天對太陽光中近紅外部分呈現(xiàn)高透過，而夏天則對其呈現(xiàn)高遮斷，因而不能完全適合大部分冬暖夏熱四季分明地區(qū)的需要。
[0004]而最近出現(xiàn)的智能型節(jié)能窗，由于其光學性能可隨外界環(huán)境或居住者的需要實現(xiàn)雙向調節(jié)，更能適用于大部`分冬暖夏熱地區(qū)需要，使居住空間更為舒適節(jié)能，被稱作為下一代的節(jié)能窗產(chǎn)品。根據(jù)材料的致變色原理可分為電致變色、氣致變色和熱致變色等幾種主要類型。顧名思義，電致變色材料需通過施加電壓，氣致變色材料需要通入氫氣才能實現(xiàn)雙向調節(jié)，而利用二氧化釩由于溫度變化導致的半導體-金屬相變所伴隨的巨大光學性能變化原理所研制的熱致變色節(jié)能窗，由于能夠根據(jù)環(huán)境溫度自動進行光熱透反射率的可逆調節(jié)，達到冬暖夏涼的目的，而無需任何人工能源，被認為是最低碳環(huán)保的節(jié)能窗之一。
[0005]二氧化釩熱致變色節(jié)能窗的主要制備方法有物理法(主要為磁控濺射鍍膜)和化學法(包括化學氣相鍍膜和溶液鍍膜和納米粉體制備)等。采用磁控濺射等物理法鍍膜方式容易獲得結合性好光學性能高的高性能鍍膜產(chǎn)品，但由于磁控濺射鍍制二氧化釩薄膜必須在對基材進行加熱(約400°C)的條件下進行，不適宜在高分子基材上的鍍膜工藝。而且真空鍍膜設備龐大，工藝復雜，成本較高。而二氧化釩納米粉體的化學制備技術是最近發(fā)展起來新的應用方向，具有制作設備簡單，成本低，容易量產(chǎn)，使用方便，可通過涂覆或混煉的方法簡單獲取節(jié)能玻璃與樹脂貼膜等優(yōu)點，特別是涂層涂覆工藝可以在非加熱條件下實施，適宜制備各種類型的高分子膜，有利于建筑物或車輛的節(jié)能改造，因而受到了越來越多的重視。
[0006]國內目前已經(jīng)出現(xiàn)了部分二氧化釩粉體的制備及其在節(jié)能窗方面的應用技術。例如，中國發(fā)明專利CN1837061A公開了一種相變溫度可調的相變智能材料(摻雜二氧化釩粉體)及其制備方法，該方法先采用液相沉淀法制備摻雜二氧化釩前驅體，再將經(jīng)過濾干燥等處理的前驅體在高溫下(400-1200°C)加熱結晶化，形成所定所組成(Vl-xMx02 (0<X<0.06))的摻雜二氧化釩粉體。
[0007]但是，這種方法必須將前驅體經(jīng)高溫煅燒才能獲得結晶狀態(tài)的摻雜二氧化釩粉體。顯然，高溫煅燒過程中不可避免的燒結過程必然會造成粉體的結塊，所獲結塊的粉體需經(jīng)再次粉碎才能應用于節(jié)能涂料，而結塊和再次粉碎均會引起摻雜二氧化釩結晶的固有熱致變色性能的劣化。
[0008]中國發(fā)明專利CN 101265374A還公開了將摻雜二氧化釩均勻分散在可成膜材料中制成漿料，通過涂覆并經(jīng)干燥加熱處理后，在材料表面形成智能隔熱保溫膜的技術。為了獲得良好的紅外線阻隔效果，該智能隔熱保溫膜除含有摻雜二氧化釩和樹脂等以外，還可在漿料中添加光學阻隔性金屬氧化物(包括透明導電材料ΑΤΟ，ΙΤ0)用于阻隔太陽光波段(300-2500nm)中的紫外或紅外輻射。但是，阻隔效應主要是通過對太陽光的吸收實現(xiàn)，綜合效果將會更加助長智能隔熱保溫膜的吸收放熱，而在該發(fā)明技術中，也從未提及如何采取必要措施減少由于這種吸收放熱所造成的不良影響。
[0009]眾所周知，室內外進行的熱交換方式有三種，熱輻射，熱對流和熱傳導。采用用二氧化釩熱致變色納米粉體涂層制備的熱致變色節(jié)能窗能對太陽光的輻射實現(xiàn)透反射率的自動調節(jié)，而采用中空玻璃結構則可有效地減少熱對流損失。但是，處于分散狀態(tài)下的二氧化釩納米顆粒對太陽光的強烈吸收作用，所吸收的大部分能量將以熱的形式重新放出，以致在炎熱的夏天，二氧化釩節(jié)能窗所吸收的熱量將向溫度較低的室內傳遞，從而增加室內制冷空調的負擔， 影響節(jié)能減排效果。
[0010]因此，本領域迫切需要一種技術方案，以克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的第一目的在于獲得一種具有高隔熱功能的透明調光結構，以克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點。
[0012]本發(fā)明的第二目的在于獲得一種具有高隔熱功能的透明調光結構的制備方法，以克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點。
[0013]本發(fā)明的第三目的在于獲得一種具有高隔熱功能的透明調光結構制品，以克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點。
[0014]本發(fā)明的第四目的在于獲得一種具有高隔熱功能的透明調光結構的用途，以克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點。
[0015]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種具有高隔熱功能的透明調光結構，所述透明調光結構至少包括:
[0016]納米級的二氧化釩粉體，[0017]微米級的氧化硅空心球，以及
[0018]板狀透明基材。
[0019]在一優(yōu)選實施方式中，所述納米級的二氧化釩粉體是水熱法制得。
[0020]在一優(yōu)選實施方式中，所述氧化硅空心球是化學法制得。
[0021]本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球分別在所述板狀透明基材表面形成涂層。
[0022]本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球在板狀透明基材表面形成混合涂層。
[0023]本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，由兩枚以上的板狀透明基材構成中空結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩粉體和/或微米級的氧化硅空心球涂層。
[0024]本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，由兩枚以上的板狀透明基材由樹脂隔膜結合形成夾層結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩粉體和/或微米級的氧化硅空心球涂層。
[0025]本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，由兩枚以上的板狀透明基材由樹脂隔膜結合形成的夾層結構，其中樹脂膜含有納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球涂層。
[0026]本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述透明調光結構為具有如下的Low-E性能:
[0027]遠紅外輻射率不大于0.3，可見光透過率為5%_50%，調光層相變溫度在20_68°C之間，太陽光調節(jié)率不小于5%;
[0028]遠紅外輻射率與太陽光調節(jié)率的測定依照相應測定標準分別用紅外分光光譜儀和紫外-可見-近紅外分光光譜儀按測定標準測定。
[0029]本發(fā)明的第二方面提供一種本發(fā)明所述的具有高隔熱功能的透明調光結構的制備方法，包括以下步驟:
[0030]提供二氧化釩納米粉體和氧化硅空心球粉體；
[0031]將上述兩種粉體分別涂覆于透明基材的表面；
[0032]制備任選的Low-E涂層；
[0033]將含有上述涂層的透明基材復合成具有高隔熱功能的透明調光結構。
[0034]本發(fā)明的第三方面提供一種本發(fā)明所述的具有高隔熱功能的透明調光結構的制品，其中，所述制品為節(jié)能玻璃制品或是節(jié)能樹脂制品。
[0035]本發(fā)明的第四方面提供一種本發(fā)明所述的具有高隔熱功能的透明調光結構在節(jié)能方面的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為二氧化釩納米粉體的FE-SEM(場發(fā)射掃描式電子顯微鏡)照片。
[0037]圖2為二氧化釩納米粉體涂層的分光透過率譜。
[0038]圖3為氧化硅空心球的FE-SEM照片。
[0039]圖4為一種高隔熱透明調光夾層玻璃的結構例。
[0040]圖5 —種高隔熱透明調光夾層玻璃的分光透過率譜。
[0041]圖6為一種為納米氧化硅空心結構的FE-SEM照片。
[0042]圖7為一種高隔熱透明調光夾層玻璃的分光透過率譜。[0043]圖8為一種高隔熱透明調光中空玻璃的結構例和工作模式。
[0044]圖9為氧化硅空心球涂層玻璃的分光透過率譜。
【具體實施方式】
[0045]本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進制備工藝，克服和解決二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果、甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞的缺點，獲得了具有高隔熱功能的透明調光結構并在此基礎上完成了本發(fā)明。
[0046]本發(fā)明的技術構思如下:
[0047]本發(fā)明描述一種具有高隔熱功能的透明調光結構，及其制備方法和應用。結構至少含有納米級的二氧化釩(含摻雜二氧化釩)粉體，微米級的氧化硅空心球或其他透明氧化物或透明樹脂的空心結構，和板狀透明基材所組成。結構的制法包括制備高性能二氧化釩納米粉體(例如用水熱法)，制備微米級的氧化硅(或其他透明氧化物或樹脂材料)的空心球(例如用化學方法)，和把上述兩種物質分別或以混合方式涂覆在透明基材表面或分散于透明基材內部，并將透明基材復合成為具有高隔熱功能的透明調光結構的步驟。將上述透明調光結構用于建筑玻璃可獲同時具有隔熱和調光功能的節(jié)能窗，用于透明樹脂可獲得同時具有隔熱和調光功能的節(jié)能樹脂板或貼膜。
[0048]本發(fā)明中，術語“含有”或“包括”表示各種成分可一起應用于本發(fā)明的混合物或組合物中。因此，術語 “主要由...組成”和“由...組成”包含在術語“含有”或“包括”中。
[0049]以下對本發(fā)明的各個方面進行詳述:
[0050]具有高隔熱功能的透明調光結構
[0051]本發(fā)明提供一種具有高隔熱功能的透明調光結構，其特征在于，所述透明調光結構至少包括:
[0052]納米級的二氧化釩粉體(含摻雜二氧化釩)，
[0053]微米級的氧化硅空心球，以及
[0054]板狀透明基材。
[0055]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，納米級的二氧化釩(含摻雜二氧化釩)粉體具有根據(jù)氣溫變化自動調節(jié)光熱透反射率的優(yōu)點，而微米級的氧化硅空心球則有著優(yōu)良的熱阻隔效應，將上述兩種材料在透明基材表面或形成復合涂層，并通過與透明基材相結合，形成了一種具有高隔熱功能的透明調光結構。
[0056]在一優(yōu)選實施方式中，所述納米級的二氧化釩粉體是水熱法制得。
[0057]所述"微米級氧化硅空心球"可以市售獲得。在一優(yōu)選實施方式中，所述氧化硅空心球是化學法制得。
[0058]本文中，所述“高隔熱”是指利用納米或微米尺寸范圍的空心球的極低的熱傳導率大大減少室內外熱交換中的熱傳導部分，因而使玻璃具有高度的隔熱功能。
[0059]本文中，所述“納米級的二氧化釩粉體”通常包括單純二氧化釩納米粉體，或經(jīng)少量元素摻雜后的二氧化f凡納米粉體。少量元素(如W，Mo, Nb, Ta等化合價高于4的金屬元素)摻雜能有效地調節(jié)納米粉體的相變溫度，適應不同地區(qū)對不同調節(jié)溫度的要求。
[0060]本文中，所述“納米級”，是指粉體平均粒徑在IOOnm以下，或粉體三維尺寸中的最小尺寸在IOOnm以下。[0061]本文中，所述“微米級”，是指粉體平均粒徑在I微米與100微米之間，同時粉體三維尺寸中的最小尺寸在1微米以上。
[0062]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球分別在所述板狀透明基材表面形成涂層。
[0063]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球在板狀透明基材表面形成混合涂層。
[0064]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，由兩枚以上的板狀透明基材構成中空結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩粉體和/或微米級的氧化硅空心球涂層。
[0065]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，由兩枚以上的板狀透明基材由樹脂隔膜結合形成夾層結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩粉體和/或微米級的氧化娃空心球涂層。
[0066]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，由兩枚以上的板狀透明基材由樹脂隔膜結合形成的夾層結構，其中樹脂膜含有納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球涂層。
[0067]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述透明調光結構為具有如下的Low-E性能:
[0068]遠紅外輻射率不大于0.3，可見光透過率為5%_50%，調光層相變溫度在20_68°C之間，太陽光調節(jié)率不小于5%;
[0069]遠紅外輻射率與太陽光調節(jié)率的測定依照相應測定標準分別用紅外分光光譜儀和紫外-可見-近紅外分光光譜儀按測定標準測定。
[0070]本文中，所述“太陽光調節(jié)率”定義為調光層相變前后太陽光透過率之差。
[0071]本發(fā)明中，所述的低輻射率(Low-E)范疇，其特點是具有較高的可見光透過率(透明)和較低的遠紅外發(fā)射率(隔熱保溫)。
[0072]雖然同樣是隔熱保溫，但氧化硅空心球作用機理是減少了熱傳遞中的熱傳導部分，而Low-E是減少了熱傳遞中的熱輻射部分，兩者可以說是異曲同工。
[0073]本文中，所述“隔熱保溫功能”是指降低物體熱輻射實現(xiàn)隔熱保溫功能，通常是指該透明結構對波長大于2.5微米的紅外熱輻射領域(常溫物體的熱輻射集中在在8-12微米)具有較低的輻射率，可大大降低因物體表面輻射而造成的室內熱能向室外的傳遞，作為窗戶時能在氣溫較低的冬天將暖氣有效地保持在室內，達到理想的節(jié)能效果。
[0074]也即，本發(fā)明的“高隔熱”主要涉及減少熱傳導，而“隔熱保溫功能”還涉及減少熱輻射。
[0075]具有高隔熱功能的透明調光結構的制備方法
[0076]本發(fā)明的具有高隔熱功能的透明調光結構可以由納米級二氧化釩(含摻雜二氧化釩)粉體和微米級氧化硅空心球分別在板狀透明基材表面形成涂層而實現(xiàn)。
[0077]本發(fā)明具體提供一種如本發(fā)明所述的具有高隔熱功能的透明調光結構的制備方法，
[0078]提供二氧化釩納米粉體和氧化硅空心球粉體；
[0079]將上述兩種粉體分別涂覆于透明基材的表面；
[0080]制備任選的Low-E涂層；
[0081]將含有上述涂層的透明基材復合成具有高隔熱功能的透明調光結構。
[0082]在一優(yōu)選實施方式中，所述納米級的二氧化釩粉體是水熱法制得。[0083]在一優(yōu)選實施方式中，所述氧化硅空心球是化學法制得。
[0084]本文中，所述“二氧化釩納米粉體”通常是指至少滿足以下條件的該種粉體，I)結晶相為金紅石相二氧化釩；2)粉體分散性良好，平均粒徑在50納米以下。本文中，所述“二氧化釩納米粉體”通常包括單純二氧化釩納米粉體，或經(jīng)少量元素摻雜后的二氧化釩納米粉體。少量元素(如W, Mo, Nb, Ta等化合價高于4的金屬元素)摻雜能有效地調節(jié)納米粉體的相變溫度，適應不同地區(qū)對不同調節(jié)溫度的要求。
[0085]本文中，所述“調光”通常是指該透明結構在太陽光波長領域(約為300_2500nm)對光的透過率或/和反射率具有智能性的調節(jié)功能，即在氣溫較高時(如夏天)具有較低的透過率或/和較高的反射率，而在氣溫較低時(如冬天)具有較高的透過率或/和較低的反射率。顯然，這種智能型調節(jié)功能用于建筑物窗戶等有明顯的節(jié)能和舒適效果。太陽光太陽光波長領域的透反射率測定可使用周知的分光光譜儀測定樣品的分光透反射率光譜，并將該光譜在相應的太陽光譜輻射照度標準曲線上積分獲得。
[0086]本發(fā)明的【具體實施方式】中，所述透明基材根據(jù)不同使用目的按一般規(guī)定(如建筑玻璃厚度規(guī)定)辦理。
[0087]如本文所用，所述的“化學法”，廣義上指的是具有原子間的結合與切斷，并有新的物質生成的反應，而在本發(fā)明中，除非另有說明，僅指在溶液中進行的化學反應，不包括在蒸汽中進行的化學反應如化學氣相沉積(CVD)或其他反應過程。
[0088]如本文所用，所述的“水熱法”，屬于溶液化學反應中的一種，除非另有說明，是指在水的臨界點(374°C，22.1MPa)以下的高溫高壓條件下進行的水熱反應，不包括在水的超臨界條件下的這種反應。 [0089]本文中，所述“透明結構”具有較靠近室外的“近室外側”和較靠近室內的“近室內側”。
[0090]除氧化硅空心球以外，其他透明氧化物或透明樹脂的空心結構同樣具有良好的隔熱功能，同樣可在本發(fā)明中使用。
[0091]為了同時阻隔由于熱對流帶來的熱傳遞損失，采用兩枚以上的板狀透明基材構成中空結構，其中一枚或以上板狀透明基材含有納米級的二氧化釩(含摻雜二氧化釩)粉體和/或微米級的氧化娃空心球涂層。
[0092]考慮到目前市場對夾層玻璃(用一枚樹脂膜結合起來的兩片玻璃，有防爆，隔音和一定的隔熱效果)的需求，可將兩枚以上的板狀透明基材由樹脂隔膜結合形成夾層結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩(含摻雜二氧化釩)粉體和/或微米級的氧化娃空心球涂層。
[0093]當然，這種新型夾層玻璃中也可使用含有納米級的二氧化釩(含摻雜二氧化釩)粉體和微米級的氧化硅空心球的樹脂隔膜將兩片玻璃結合起來的結構。
[0094]為了同時獲取較低的紅外熱發(fā)射率(Low-E)，在板狀透明基材上可采用化學方法或物理方法鍍制透明導電材料薄膜，或通常使用的含銀Low-E膜，以防止冬天室內熱量的外流。
[0095]這種高隔熱功能的透明調光結構可以通過以下步驟制備:
[0096]1.以水熱法制備高性能二氧化釩(含摻雜二氧化釩)納米粉體；
[0097]2.以化學法制備高性能氧化硅空心球粉體；[0098]3.將上述兩種粉體分別涂覆于透明基材的表面，或混合涂覆于板狀透明基材的表面，或涂覆或混在于透明樹脂隔膜的表面或內部；
[0099]4.根據(jù)需要可在板狀透明基材上預先制備Low-E涂層；
[0100]5.將透明基材復合成具有高隔熱功能的透明調光結構。
[0101]上述納米粉體，涂層，以及隔熱功能結構用XRD，SEM和分光光度計進行了評價。
[0102]顯而易見，將上述透明結構用于建筑玻璃可獲具有高隔熱功能的節(jié)能窗，用于透明樹脂可獲得具有高隔熱功能的節(jié)能樹脂板或貼膜。
[0103]優(yōu)點
[0104]本
【發(fā)明者】有著使用物理和化學兩種方法制備二氧化釩熱致變色薄膜和納米粉體的長年研究經(jīng)歷。最近，利用水熱化學反應成功地在液相中直接合成了高分散性的二氧化釩(含摻雜二氧化釩)納米粉體，解決了在低溫涂覆的條件下在高分子基材上直接制備二氧化釩節(jié)能涂層的瓶頸問題，用所獲納米粉體涂覆的塑料貼膜熱致變色性能優(yōu)良，在可見光透過率和太陽光調節(jié)率甚至超過了理論上致密薄膜(如磁控濺射制備的V02薄膜)的性能，達到了目前報道的最好水平。但是，這種二氧化釩納米粉體的涂層依然存在吸收放熱影響節(jié)能效果的缺點，甚至過度的吸收放熱難免對涂層本身造成破壞。
[0105]為了充分利用最新的納米技術對二氧化釩性能上的提升，同時解決二氧化釩吸收放熱的不良影響，本發(fā)明設計了一種具有隔熱功能的透明調光結構，采用高性能二氧化釩(含摻雜二氧化釩)納米粉體與一種熱導率極低的透明材料(包括氧化硅或其他透明無機材料和透明有機材料)的空心結構相`結合，共同形一種具有隔熱功能的透明調光結構，并發(fā)明了相應的制備方法及其在節(jié)能環(huán)保方面的應用。
[0106]如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發(fā)明方法中。
[0107]上述合成方法只是本發(fā)明部分化合物的合成路線，根據(jù)上述例子，本領域技術人員可以通過調整不同的方法來合成本發(fā)明的其他化合物，或者，本領域技術人員根據(jù)現(xiàn)有公知技術可以合成本發(fā)明的化合物。合成的化合物可以進一步通過柱色譜法、高效液相色
譜法或結晶等方式進一步純化。
[0108]本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內容，對本領域的技術人員而言是顯而易見的。
[0109]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照國家標準測定。若沒有相應的國家標準，則按照通用的國際標準、常規(guī)條件、或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。
[0110]除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發(fā)明方法中。
[0111]實施例1，[0112]制備高隔熱透明調光夾層玻璃
[0113]制備過程分為以下步驟:
[0114]I)制備鎢摻雜二氧化釩納米粉體
[0115]將1.3g五氧化二釩(V2O5,和光純藥公司制特級試藥)和H2WO3 (W: V比為1%)加入40mL過氧化氫10%重量比的水溶液中，持續(xù)攪拌2-4小時，獲得茶色透明溶膠。
[0116]在上述溶膠中緩慢滴入5%重量比的水合肼(N2H4-H20)水溶液，同時測定溶液pH值，直至pH值達到4-5之間時(本實驗中pH值為4.2)停止滴入；將上述溶液置于聚四氟乙烯內襯水熱反應釜中，在270°C加熱24小時。
[0117]將反應釜冷卻后取出液相生成物，獲得鎢摻雜二氧化釩納米粉體的反應物分散液。將反應物分散液經(jīng)過濾，洗凈，干燥后獲得鎢摻雜二氧化釩納米粉體。
[0118]2)制備氧化硅空心球
[0119]采用聚苯乙烯單分散球形顆粒為模板，以TEOS為硅源，在氨水催化條件下在聚苯乙烯單體表面沉積一層SiO2致密殼層，然后通過熱處理除去聚苯乙烯，獲得SiO2空心球。具體步驟如下:
[0120](I)聚苯乙烯模板(簡稱:PS)的制備
[0121]a.稱取適量 AIBA(azodi isobutyramidine dihydrochloride)于燒杯中，加去離子水，攪拌后再轉移到滴液漏斗中備用；
[0122]b.稱取適量PVP (POLYVINYLPYRROLIDONE)于燒杯中，加去離子水，攪拌后轉移到三口燒瓶中；
[0123]c.在通氮氣條件下將水浴溫度升到70°C ；
[0124]d.將適量經(jīng)過減壓蒸餾的苯乙烯(St)加入三口燒瓶，保持一定時間；
[0125]e.緩慢滴加AIBA溶液；
[0126]f.在水浴溫度70°C下攪拌并保持數(shù)-數(shù)十小時；
[0127]g.將反應產(chǎn)物離心分離，清洗，干燥獲得聚苯乙烯球狀模板，直徑約為250nm。
[0128](2)5102包覆卩5(簡稱屮55)
[0129]a.稱取適量PS球于燒杯中，加適量乙醇,超聲分散；
[0130]b.再加入適量乙醇，去離子水和NH4OH,攪拌，水浴加熱至50°C ;
[0131]d.滴加適量TEOS (正硅酸乙酯)；
[0132]e.將產(chǎn)物離心分離，洗凈，干燥。
[0133](3) SiO2空心球的形成(簡稱:PHSS)
[0134]a.稱取一定量的PSS樣品，在空氣中500°C的條件下進行熱處理適當時間即獲得PHSS的空心球。
[0135]3)制備高隔熱透明調光夾層玻璃
[0136]將鎢摻雜二氧化釩納米粉體和SiO2空心球均勻涂覆在市場購買的高透明自立型雙面膠帶的表面，并將雙面膠帶另一面粘貼于適當大小(約25x25mm,厚度Imm)的普通玻璃片上，并將兩片玻璃用另一枚透明兩面膠粘合在一起，即形成一種高隔熱透明調光夾層玻璃結構。
[0137]用帶有加熱附件的分 光光度計在低溫(20°C )和高溫(80°C )狀態(tài)下測定了結構的分光透過率光譜。測定時以貼有空白雙面膠帶的空白玻璃片作為標準對熱致變色玻璃的光學性能進行了校正。
[0138]對上述所獲納米粉體，涂層，以及功能結構用XRD，SEM和分光光度計進行了評價。
[0139]圖1為鎢摻雜二氧化釩納米粉體的SEM電鏡照片，表現(xiàn)為分散性良好，平均粒徑約在40nm左右的納米微晶。
[0140]圖2為鎢摻雜二氧化釩納米粉體制備的熱致變色玻璃的光學性能。涂層在高溫(600C )和低溫(20°C )狀況下顯示了對太陽光的良好調節(jié)率。
[0141]圖3為SiO2空心球的SEM照片，表現(xiàn)為直徑約為400nm左右的球形結構，圖中同時顯示了這種球是一種空心結構。
[0142]圖4是包含鎢摻雜二氧化釩納米粉體和SiO2空心球的高隔熱透明調光夾層玻璃的結構和功能示意圖的一例。當然，對采取何種結構不應有任何限制。
[0143]圖5是這種高隔熱透明調光夾層玻璃的分光透過率譜。與單純二氧化釩納米粉體涂層相比，透過率和高低溫透過率的相對變化率幾乎保持不變。
[0144]實施例2，
[0145]I)制備非摻雜二氧化釩納米粉體
[0146]將1.1g偏釩酸銨(NH4VO3,和光純藥公司制特級試藥)加入40mL水溶液中，并緩慢滴入5%重量比的水合 肼(N2H4-H20)水溶液，同時測定溶液pH值，直至pH值達到4_5之間時(本實驗中PH值為4.2)停止滴入；將上述溶液置于聚四氟乙烯內襯水熱反應釜中，在270°C加熱24小時。
[0147]將反應釜冷卻后取出液相生成物，獲得二氧化釩納米粉體的反應物分散液。將反應物分散液經(jīng)過濾，洗凈，干燥后獲得二氧化釩納米粉體。
[0148]2)制備氧化硅空心結構
[0149]稱取市售碳酸鈣納米粉體(上海化工產(chǎn)品有限公司制造，平均粒徑為60nm)0.5g，與40ml無水乙醇和IOml去離子水，用超聲混合IOmin ;在上述溶液中加入適量NH4OH,攪拌Ih后逐漸加入適量TEOS (正硅酸乙酯)，經(jīng)適當反應時間后過濾，洗凈，并在70°干燥24h。將所獲粉體450°煅燒后放置在適當濃度HCl溶液中使CaCO3溶出后獲得納米級SiO2空心結構。
[0150]3)制備高隔熱透明調光夾層玻璃
[0151]將二氧化釩納米粉體和SiO2空心球均勻涂覆在市場購買的高透明自立型雙面膠帶的表面，并將雙面膠帶另一面粘貼于適當大小(約25x25mm,厚度Imm)的普通玻璃片上，并將兩片玻璃用另一枚透明兩面膠粘合在一起，即形成一種高隔熱透明調光夾層玻璃結構。
[0152]用帶有加熱附件的分光光度計在低溫(20°C )和高溫(80°C )狀態(tài)下測定了結構的分光透過率光譜。測定時以貼有空白雙面膠帶的空白玻璃片作為標準對熱致變色玻璃的光學性能進行了校正。
[0153]圖6為SiO2空心球的SEM照片，表現(xiàn)為直徑約為80nm左右的等方體結構。
[0154]圖7是這種高隔熱透明調光夾層玻璃的分光透過率譜。
[0155]實施例3，
[0156]與實施例1類似方法制備了鎢摻雜二氧化釩納米粉體和SiO2空心球和涂層，并用透明雙面膠結合為高隔熱透明調光夾層玻璃。另準備一片透明玻璃，預先在其表面用磁控濺射法鍍制了厚度為360nm的ATO (銻摻雜二氧化錫)透明導電膜，并與夾層玻璃構成了圖8所示一種新的中空節(jié)能玻璃結構。顯然，在實施例1結構的基礎上又增加了 Low-E功能，在冬天具有室內的保溫作用。
[0157]比較例1，
[0158]將實施例1所獲SiO2空心球均勻分散在透明兩雙面膠帶的一面，并將另一面粘貼在一枚普通玻璃上，測試了結構的分光透過率譜如圖9。結構在在高溫(60°C )和低溫(200C )狀況下的透過率曲線沒有明顯差異，即不具有對太陽光熱的調節(jié)能力。
[0159]比較例2，
[0160]以實施例1中I)的方法制備了鎢摻雜二氧化釩納米粉體，并將其均勻涂覆在市場購買的高透明自立型雙面膠帶的表面，并將雙面膠帶另一面粘貼于適當大小(約25x25mm，厚度1_)的普通玻璃片上，并與另一枚同樣大小但未涂覆任何材料的空白膠帶結合形成一種僅具有調光功能的透明調光夾層玻璃，玻璃尺寸為25X25X 1mm。
[0161]以實施例1中3)的方法制備了同樣大小的高隔熱透明調光夾層玻璃，使玻璃同時包含了鎢摻雜二氧化釩調光層和SiO2空心球形成的隔熱層，玻璃尺寸為25X25Xlmm。
[0162]將上述兩種玻璃同時放置于市售加熱板上，將溫度設定于100°C并加熱保溫，同時將兩個熱電偶置于兩片玻璃的表面并記錄溫度變化。
[0163]僅具有調光功能的透明調光夾層玻璃表面溫度約在一分鐘后升至92°C，而高隔熱透明調光夾層玻璃此時的表面溫度僅為78°C。通過兩者的比較，證明了由于二氧化硅空心球的存在減少了熱流由加熱板向玻璃表面的傳到，起到了明顯的隔熱作用。
[0164]以上所述僅為本`發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的實質技術內容范圍，本發(fā)明的實質技術內容是廣義地定義于申請的權利要求范圍中，任何他人完成的技術實體或方法，若是與申請的權利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權利要求范圍之中。
[0165]在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明的上述內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種具有高隔熱功能的透明調光結構，其特征在于，所述透明調光結構至少包括: 納米級的二氧化釩粉體， 微米級的氧化硅空心球，以及 板狀透明基材。
2.如權利要求1所述的透明調光結構，其特征在于，所述納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球分別在所述板狀透明基材表面形成涂層。
3.如權利要求1所述的透明調光結構，其特征在于，所述納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球在板狀透明基材表面形成混合涂層。
4.如權利要求1所述的透明調光結構，其特征在于，由兩枚以上的板狀透明基材構成中空結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩粉體和/或微米級的氧化硅空心球涂層。
5.如權利要求1所述的透明調光結構，其特征在于，由兩枚以上的板狀透明基材通過樹脂隔膜結合形成夾層結構，其中至少一枚板狀透明基材含有納米級的二氧化釩粉體和/或微米級的氧化娃空心球涂層。
6.如權利要求1所述的透明調光結構，其特征在于，由兩枚以上的板狀透明基材由樹脂隔膜結合形成的夾層結構，其中樹脂膜含有納米級的二氧化釩粉體和微米級的氧化硅空心球涂層。`
7.如權利要求1所述的透明調光結構，其特征在于，所述透明調光結構為具有如下的Low-E性能: 遠紅外輻射率不大于0.3，可見光透過率為5%-50%，調光層相變溫度在20-68°C之間，太陽光調節(jié)率不小于5% ； 遠紅外輻射率與太陽光調節(jié)率的測定依照相應測定標準分別用紅外分光光譜儀和紫外-可見-近紅外分光光譜儀按測定標準測定。
8.—種如權利要求1所述的具有高隔熱功能的透明調光結構的制備方法，其特征在于， 提供二氧化釩納米粉體和氧化硅空心球粉體； 將上述兩種粉體分別涂覆于透明基材的表面； 制備任選的Low-E涂層； 將含有上述涂層的透明基材復合成具有高隔熱功能的透明調光結構。
9.一種如權利要求1所述的具有高隔熱功能的透明調光結構的制品，其中，所述制品為節(jié)能玻璃制品或是節(jié)能樹脂制品。
10.一種如權利要求1所述的具有高隔熱功能的透明調光結構在節(jié)能方面的應用。
【文檔編號】C03C17/23GK103771722SQ201210405607
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權日:2012年10月22日
【發(fā)明者】金平實, 羅宏杰, 王兵兵, 高彥峰 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所