CN102002312A - 一种温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜，由具有红外吸收的金纳米材料、辅料和透明基料材料组成，其中金纳米材料、辅料和透明基料的质量比为0.01-0.2∶0.1-2∶100-500。先将金纳米材料加到辅料中搅拌2-24小时，再将搅拌的混合物加到温敏聚酰胺的基料中搅拌混匀即可。将其涂布在所需部位的外表面，控制其厚度在30-80微米的范围，在阳光下，随涂层表面温度的降低，可见光和红外光的透过率都上升，且随涂层表面温度的升高，可见光和红外光的透过率都降低。
Description
技术领域
本发明涉及纳米光学领域，具体地说是一种含复合纳米材料的吸收红外光和可见光的温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜。
技术背景
抵达地面的太阳能波长(290-4000nm)主要被分为三个波段：紫外辐射(波长λ＝290-400nm)，可见光(λ＝400-760nm)，红外辐射(λ＝760nm-1mm)；其中红外辐射又进一步被分为近红外IRA(λ＝760-1440nm)，中红外IRB(λ＝1440-3000nm)，远红外IRC(λ＝3000-1mm)。虽然红外光IR的光子能比紫外光UV低，但是太阳的总转化能中IR占54％，而UV只占7％。太阳红外辐射能中最主要的部分是IRA，因为抵达地面的太阳能中30％的能量是在IRA范围内的。
在炎热的夏天，室内，车厢及船舱等有窗户的空间都需要用制冷，寒冷的冬天有需要取暖。这些消耗了大量的能源。化石能源的消耗，破坏和污染了环境，排放了二氧化碳，加剧了温室效应。我国建筑能耗中建筑使用能耗占80-90％，其中65％用于空调和采暖。为此，在高温天气里，能够有效地阻挡太阳光的辐射，而在低温天气里，又能够有效地吸收太阳光的辐射，可以大大降低空调的使用率，从而达到节能的目的。
发明内容
本发明的目的是制造一种在高温天气里能够有效地阻挡而在低温天气里又能够有效地吸收太阳光的辐射的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜。
本发明采用如下技术方案：
本发明是以一种复合纳米材料的红外光及可见光的吸收功能，结合具有温敏特性材料制备具有特定功能的节能窗涂布膜。
复合纳米材料是一种金纳米棒和三种金纳米片的混合物。辅料为稳定纳米材料的高分子，如聚乙烯吡咯烷酮、巯基聚乙二醇和半胱氨酸等。基料为温敏特性的聚氨酯。
复合纳米材料的加入量在保证高温天气红外光完全吸收的基础上，涂层表面的温度调节复合纳米涂层对可见光和红外光的透过率。
本发明的优势在于：
1、本发明产品在高温环境中可以完全吸收红外光，有效阻挡太阳光中热效应最强的红外光部分节能窗内部环境温度上升，控制而当环境(涂布层表面)温度降低时，红外光和可见光的透过率就开始上升，使节能窗内部环境温度上升，同类专利和产品中不具有这种功能；
2、本发明产品因其消光功能是源于其中的纳米结构，所以不存在光漂白或使用时间长，导致其抗红外光功能下降等问题，从而可以延长使用寿命，降低原材料的消耗和环境垃圾的产生。
附图说明
图1吸收峰在840nm处的金纳米棒的电镜图。
图2吸收峰分别在1100nm，1400nm和1800nm处的金纳米片的电镜图。
图3吸收率计算示意图。
图4膜厚为50微米的温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜在10、20及45℃时的光谱图。
具体实施方式
实施例1，金纳米棒的制备
取5mL 0.2M十六烷基溴化铵(CTAB)水溶液放入烧杯中，搅拌下滴加5mL5×10-4M氯金酸水溶液。再快速加入0.6mL新鲜配制的0.01M硼氢化钠水溶液。溶液由浅黄色变为棕黄色。继续搅拌2分钟，于25℃环境静置2小时后作为种子液备用。
在25℃环境下，取2.5mL 0.2M CTAB水溶液置于烧杯中，加入0.125mL 4×10-3M硝酸银水溶液。再加入2.5mL 1×10-3M氯金酸水溶液，混合均匀后加入30μL 0.0788M抗坏血酸水溶液，溶液由深棕黄色变为无色后再加入10μL 1M盐酸，在27～30℃环境下加入14μL上述的种子液。静置30分钟，即得金纳米棒悬浮液。所得金纳米棒的电镜和光谱见附图1。
实施例2，金纳米片的制备
0.2ml 1％的氯金酸水溶液，0.6ml 100mM的硼氢化钠水溶液，0.5ml 10mM柠檬酸钠依次加入到19ml水中。搅拌2分钟后溶液变成橘红色。静置2小时后取一定量橘红色溶液加入以下溶液中：1％氯金酸水溶液0.103ml 100mM抗坏血酸溶液0.2ml，0.2M CTAB溶液5ml，0.5mM碘化钾溶液1.5ml及10ml水的混合溶液。静置反应4小时，加入一定浓度的NaCl，与圆底烧瓶中自然沉降12小时，将上清倒光，再向烧瓶内加入纯水，超声处理5分钟，加入纯水从透明变绿色，即得金纳米片悬浮液。80、60和40ul橘红色溶液加入量可以分别得到吸收峰在1100、1400和1800nm的金纳米片悬浮液。所得金纳米片的电镜和光谱见附图2。
实施例3，温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜
将吸收峰在840nm，消光强度为1.0的金纳米棒悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室温(20-25)搅拌24小时，在2000转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1100nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室温(20-25)搅拌24小时，在1500转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1400nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室温(20-25)搅拌24小时，在1200转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1800nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮中室温(20-25)搅拌24小时，在1200转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
在将上述四种沉淀合并加温敏聚氨酯漆重悬，调吸光度至6.0-10.0即可。涂敷的膜厚为30-80微米。为膜厚为50微米的涂布膜在10、20及45℃时的光谱图见附图3(其中10℃时，可见光通过近乎100％，红外光通过30％；20℃时，可见光通过近乎90％，红外光通过10％左右；45时，可见光通过近乎80％，红外光近乎全阻挡。吸收率计算方法：用全波长分光光度计测定本涂布膜的透过模式的光谱，光谱曲线以上部分的面积占的百分比即为吸收率，计算示意图见附图4。以下涉及吸收率的计算都按此方法)。
实施例4，温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜
将吸收峰在840nm，消光强度为1.0的金纳米棒悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的巯基聚乙二醇水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在2000转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1100nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的巯基聚乙二醇水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在1500转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1400nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的巯基聚乙二醇水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在1200转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1800nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的巯基聚乙二醇水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在1200转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
在将上述四种沉淀合并加温敏聚氨酯漆重悬，调吸光度至6.0-10.0即可。涂敷的膜厚为30-80微米。
实施例5，温控太阳辐射通透的节能窗涂布膜
将吸收峰在840nm，消光强度为1.0的金纳米棒悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的半胱氨酸水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在2000转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1100nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的半胱氨酸水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在1500转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1400nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的半胱氨酸水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在1200转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
将吸收峰在1800nm，消光强度为1.0的金纳米片悬浮液100ml加到100ml的1mg/ml的半胱氨酸水溶液中室温(20-25)搅拌24小时，在1200转/分钟离心20分钟，去上清，收集沉淀。
在将上述四种沉淀合并加温敏聚氨酯漆重悬，调吸光度至6.0-10.0即可。涂敷的膜厚为30-80微米。
Claims (9)
1.一种温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于由具有红外吸收的金纳米材料、辅料和透明基料材料组成，其中金纳米材料、辅料和透明基料的质量比为0.01-0.2∶0.1-2∶100-500。
2.根据权利要求1所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于金纳米材料由一种金纳米棒和三种金纳米片组成，金纳米棒的消光峰在850±50nm，三种金纳米片的吸收峰分别在1100±100nm、1400±100nm、1700±100nm，金纳米棒和三种金纳米片之间的吸收峰强度之比为1∶1∶1∶1。
3.根据权利要求2所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于金纳米棒的横截面直径7-15nm，长径比为1∶4-6。
4.根据权利要求2所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于吸收峰在1100±100nm的金纳米片厚度5-15nm，其边长为60-100nm。
5.根据权利要求2所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于吸收峰在1400±100nm的金纳米片厚度5-15nm，其边长为120-180nm。
6.根据权利要求2所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于吸收峰在1700±100nm的金纳米片厚度5-15nm，其边长为200-380nm。
7.根据权利要求1所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于辅料为带负电的水溶性高分子材料或具有巯基的水溶性分子。
8.根据权利要求1所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于带负电的水溶性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮，具有巯基的水溶性分子为巯基聚乙二醇或半胱氨酸。
9.根据权利要求1所述的温控太阳辐射通透节能窗涂布膜，其特征在于透明基料为相变温度在35-80度之间的温敏聚氨酯。
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