紅外反射隔熱玻璃的研究進展

崔芳銘　趙洪凱

【摘 要】摻雜ITO、SnO2等納米氧化物薄膜玻璃對光譜具有選擇性透過的功能，透過可見光又能阻擋紅外線、遠紅外線、紫外線以及熱輻射。在玻璃表面涂覆納米氧化錫通常有三種方法：一是，在普通玻璃表面鍍一層或多層氧化物，工藝比較復雜、投資比較大，雖然其有較好的節能效果和較高的可見光透過率，但價格高；二是，制造納米氧化物有機膜黏貼玻璃，有機膜是由多層堅韌的聚酯薄膜磁控濺射功能氧化物等工藝制成，貼膜制造工藝比較復雜，成本高；三是，制造成涂膜玻璃，在玻璃表面通過一定工藝涂一層透明隔熱涂料，成本較低。此外，利用基底表面的功能化自組裝膜層對前驅體溶液的誘導作用，在親水性液相中低溫沉積，得到與基底結合緊密、結構致密均一、厚度可控的二氧化錫納米晶態薄膜。

【關鍵詞】納米；二氧化錫；隔熱玻璃；紅外反射

0 引言

隔熱玻璃發源于美國，主要以摻雜ITO、SnO2為主要物質的單層或多層膜吸附于玻璃表面達到隔熱目的，1981年登陸歐洲，1985年在日本開始得到應用，在我國尚處于起步階段前景廣闊。

1 紅外反射隔熱玻璃的研究概況

1.1 納米氧化錫的研究

納米氧化錫是n型半導體[1]，具有優良的導電性、高透射、耐候性和穩定性、耐強酸、強堿和機械磨損，納米氧化錫具有明顯的表面效應、體積效應、和量子隧道效應，所以它具有很多普通材料和微米材料所不具備的獨特的物理化學性能，如減反射、抗輻射、紅外反射等功能，應用于建筑低輻射玻璃、紅外吸收隔熱材料等領域中。制備納米氧化錫的方法很多，包括溶膠-凝膠法、水熱法、氣相沉積法、微波法，共沉淀法、微乳液法等等。其中用途最為廣泛的是溶膠-凝膠法和水熱法[2]。溶膠-凝膠法制得的氧化錫顆粒尺寸均一，可控性高，比表面積大燒結溫度低，但顆粒極易團聚[3]。水熱法制得的晶體發育完整，粒度小，且無需高溫熱處理，顆粒分散性好；但是產出率不高。

1.2 國內外紅外反射氧化錫隔熱玻璃現狀和存在問題

對于普通玻璃通常存在三種方法進行節能處理，一是將普通玻璃制造成鍍膜玻璃；二是制造成貼膜玻璃；三是制造成涂膜玻璃。鍍膜玻璃是在玻璃的表面鍍一層或多層金屬、合金或化合物，以改變玻璃的性能。一般可分為熱反射玻璃和低輻射玻璃。但是鍍膜玻璃的生產工藝比較復雜，而且工藝設備投資比較大，雖然其有較好的節能效果和較高的可見光透過率，但價格高，難以滿足大眾的需求，而且也不適用于既有建筑節能改造[4]。貼膜玻璃是由玻璃和有機薄膜兩部分組成。膜是有多層堅韌的聚酯薄膜經本體染色、紫外線吸收劑注入、磁控濺射、多層復合、涂膠等工藝制成。這種玻璃膜可以直接裝貼在玻璃表面使其具有極強的韌性，配合不同種類的膜和玻璃可達到不同層次的安全和節能效果。它在保證可見光透過率盡可能高的條件下，阻止室內輻射能量傳遞，達到節能效果，起了冬暖夏涼的作用。但是貼膜制造工藝比較復雜，使用設備價格高，因而使貼膜成本高，在建筑物玻璃上難以接受[5]。

涂膜玻璃是在玻璃表面通過一定的工藝涂上一層透明隔熱涂料，在滿足室內采光需要的同時（較高的可見光透過率），又使玻璃具有一定的隔熱功能。采用此種玻璃涂膜技術對普通玻璃進行節能降耗處理，其成本低、操作簡單，能夠為大眾所接受。國外對隔熱涂料的研究較早，美國、日本、韓國等在透明隔熱涂料方面已經申請了較多專利。日本三箭公司研制出一種可以過濾太陽輻射但不影響采光的高性能涂料，目前該涂料在日本已廣泛應用于建筑物玻璃的節能降耗處理。涂膜后的普通玻璃能夠在不影響采光的前提下，削減68%的紅外線和95%的紫外線。目前國內對ATO粉體的研究較多，而對ATO隔熱漿料的研究則剛剛起步。華東理工大學對ATO漿料的制備進行了研究，探討了漿料穩定的機理及分散劑的使用效果，制取的ATO漿料主要應用在織物防靜電等方面。在國家節能減排的號召下，國內如北京、上海、廣州等地不少企業正在研究透明隔熱涂料，但很多只限于購買國外的隔熱漿料再進行配制。國外的隔熱漿料價格昂貴，而且技術對外也高度保密，隔熱涂料的關鍵是隔熱漿料，能實現國產化研發則可極大降低成本[6]。

1.3 隔熱薄膜材料的新型低溫溶液制備技術

將帶有親水性功能基團（如磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）等）組裝到基底上，再將經表面功能化的基底浸入到前驅體的過飽和溶液中，通常反應溫度低于100℃，通過組裝誘導異相成核或膠體粒子的吸附，實現無機物在基底表面的結晶和生長的，薄膜材料具有結構均一致密、厚度和形態可控等優點[7]。Shirahata[8]等人利用親水性液相沉積制備了二氧化錫薄膜，翟怡等[9]利用低溫水溶液中制備納米晶態薄膜材料，在單晶硅或玻璃基底表面制備出與基底結合緊密、結構致密均一、厚度可控的二氧化錫納米晶態薄膜。

2 結論

節能玻璃窗可以透過可見光，但是阻擋紅外線、遠紅外線等熱輻射光，比普通玻璃窗節能75%，前景廣闊。目前主要以摻雜ITO、SnO2為主要物質的單層或多層膜吸附于玻璃表面達到隔熱目的。對于普通玻璃通常存在三種方法進行節能處理，一是將普通玻璃制造成鍍膜玻璃，二是制造成貼膜玻璃，三是制造成涂膜玻璃，此外還有隔熱薄膜材料的新型低溫溶液制備技術。

【參考文獻】

[1]古鳳才，趙竹萱，李英慧，等.表面修飾二氧化錫納米微晶的制備與表征[J].物理化學學報，2003，19（7）：621-625.

[2]江國棟，王庭慰，沈曉冬.sol-Gel法制備納米SnO2摻雜PMMA透明復合材料[J].材料科學與工藝，2005（5）：544-547.

[3]王輝，楊旸.玻璃鍍膜在建筑中的多種應用[J].四川建筑學研究，2011，37（3）：282-285.

[4]王東新，鐘景明，BAO X，等.水熱合成法對納米氧化錫粉體粒徑和形貌的控制研究[J].無機化學學報，2008，24（6）：892-896.

[5]涂料工藝編委會.涂料工藝[M].3版.北京：化學工業出版社，1997：594-693.

[6]王建.超聲波-溶膠-凝膠法制備超細二氧化錫粉體的研究[D].昆明：昆明理工大學，2002：14-16.

[7]張貴軍，陳中華，曹幸榮.納米ATO在有機單體介質中的表面改性及分散研究[J].功能材料，2009，40（11）：1918-1921.

[8]Shirahata N， Masuda Y， Yonezawa T， et al.， Control over film thickness of SnO2ultrathin film selectively deposited on a patterned self-Assembled monolayer，Langmuir，2002， 18， 10379～10385.

[9]翟怡.自組裝功能膜誘導合成納米二氧化錫晶態薄膜的研究[D].天津：天津大學，2007.

[責任編輯：楊玉潔]