CN102285766A - 一种智能调温节能玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能调温高效节能玻璃及其制备方法。本发明采用常压化学气相沉积法对玻璃基板进行中间屏蔽层薄膜镀膜和智能热致变色膜镀膜，经过加热、镀膜和退火得到一种智能调温高效节能玻璃。本发明采用合适的中间屏蔽层薄膜及智能热致变色膜的气态前驱物在移动的热玻璃表面沉积了智能热致变色薄膜，得到的智能调温节能玻璃具有接近室温的相变转化温度、合适的可见光透过率等特点。该玻璃实用性强，用途广泛，镀膜均匀，品质稳定，制备成本低，易于工业化连续生产。

Description

一种智能调温节能玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种智能调温节能玻璃及其制备方法，尤其是一种利用常压化学气相沉积法，在移动的热玻璃表面沉积智能热致变色氧化钒薄膜的智能调温节能玻璃及其制备方法。
背景技术
现有的建筑幕墙、光学窗等所使用的玻璃多为低辐射玻璃，低辐射玻璃具有隔热效果，且低辐射玻璃还克服了幕墙玻璃由于对可见光的高反射而造成光污染的这一缺点，但低辐射玻璃不能实现对室内温度的智能化调节。最近，正在研制一种能够根据环境的变化而改变太阳红外辐射能量的智能镀膜玻璃，它的主要技术是在玻璃上镀制热致变色VO2薄膜材料。利用智能玻璃可以按照需要调节进入室内的能量，能根据室内温度自动调节对太阳光能的透过率。当室内温度低时，智能窗玻璃自动提高红外光的透过率，使更多的红外光进入室内，提高室内温度；当室内温度高时，智能窗玻璃自动降低红外光的透过率，减少红外光进入室内，阻止室内温度升高。这样就以较低的能耗改善了生活质量，所以在能源紧缺的今天意义非常重大。
中国专利CN1837061A阐述一种相变温度可调的相变智能材料及其制备方法。该方法采用液相沉淀法制备掺杂二氧化钒前躯体，获得了相变温度可调的晶粒尺寸小于100纳米的相变智能材料，但该方法的制得的材料为粉体材料，很难与建筑幕墙相结合，实用性有限；中国专利CN11966758阐述了一种氧化钒薄膜的制备方法。该方法通过反应离子溅射镀膜工艺制备氧化钒薄膜，制备了性能优良的以二氧化钒为基础的氧化钒混合相多晶薄膜，其电阻—温度系数(TCR)在30℃时，达到3％以上，但该方法设备投资大，原材料价格昂贵，同时，该方法得到的样品膜层尺寸较小，不宜进行工业化生产；中国专利CN101805134A阐述了一种二氧化钒薄膜的镀膜液和薄膜的制备方法及应用，得到了一种二氧化钒薄膜的镀膜液，以及获得了高的可见光透过率和红外智能调控能力的金红石型二氧化钒薄膜。但该方法采用液相溶胶法进行涂膜，得到的膜层均匀性差，容易开裂，且很难连续生产。
发明内容
为了克服现有的智能镀膜玻璃及其制备方法的不足，本发明提供一种智能调温节能玻璃及其制备方法，该玻璃实用性强，用途广泛，镀膜均匀，品质稳定，制备成本低，易于工业化连续生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供的一种智能调温高效节能玻璃及其制备方法，是利用常压化学气相沉积法，采用合适的气态前驱物在移动的热玻璃表面沉积智能热致变色氧化钒薄膜。
本发明所述的智能调温节能玻璃，包括玻璃基板、中间屏蔽层薄膜和智能热致变色膜。
其中，智能热致变色膜为氧化钒掺杂薄膜，其主要成分是二氧化钒，并在二氧化钒膜层中加入掺杂元素以形成半导体导电薄膜，掺杂元素为氟、过渡金属元素，典型的有铌、钼、钨，优选钨作为掺杂元素。同时，所述的氧化钒掺杂薄膜的厚度范围一般为30～100nm，优选50～90nm。其中，在二氧化钒膜层中加入掺杂元素形成氧化钒掺杂薄膜以使氧化钒膜层的相变转化温度降低至与室温接近，并通过选择合适的氧化钒掺杂薄膜厚度来达到合适的可见光透过率和热致变色效果。
在玻璃基板和智能热致变色膜之间沉积一中间屏蔽层薄膜，中间屏蔽层薄膜沉积在玻璃基板上，该膜层的主要成分是氧化硅。中间屏蔽层薄膜的合适厚度为30～150nm，优选50～80nm。该中间屏蔽层薄膜主要是为了防止玻璃基板中的碱金属离子扩散到智能热致变色膜中引起智能热致变色膜碱中毒，从而影响智能热致变色膜的相变转化温度和透光性，通过选择合适的中间屏蔽层薄膜厚度起到合适的碱金属离子屏蔽作用的同时避免影响智能调温节能玻璃的可见光透过率。
本发明所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，步骤包括：加热、常压化学气相沉积法镀膜和退火。
玻璃基板在加热段中被加热到预先设定好的温度后，通过传动辊道输送到镀膜段中，镀膜段中装配有两套镀膜反应器，在镀膜反应器区域，镀膜反应器以常压化学气相沉积法分别将中间屏蔽层薄膜及智能热致变色膜的反应性气体前驱物在热玻璃基板表面先后快速均匀沉积中间屏蔽层薄膜及智能热致变色膜，镀完膜的玻璃通过传动辊道送入退火段中进行冷却退火。
其中，所述玻璃基板预热应达到的温度为400～700℃，一般温度至少500℃，优选不少于550℃。
所述反应器距离玻璃基板的高度可调，一般1～15mm，优选4～8mm。
所述退火段的温度需预先设定在一个合适的渐变梯度范围以保证镀膜层晶核得到充分生长培育。
所述传动辊道传送速度无极变频可调。
在本发明中，常压化学气相沉积法沉积智能热致变色膜所用的气态前驱物包括钒源、掺杂源和氧源。所述钒源为氧化钒气态前驱物，其化学式为RnVCl4-n，其中R为直链或支链或环烷基，n=0，1或2。所述RnVCl4-n，在常温下可以是气态、液态或固态，如果是液态或固态，则需要在一定的温度下进行气化。所述RnVCl4-n的特征在于其在非气态时较容易气化，并且在与玻璃基板接触时，在玻璃基板表面所处的温度条件下，能够迅速的进行热化学反应。常用的如四氯化钒等无机钒或三氯氧钒等有机钒。所述掺杂源包括三氟乙酸、氢氟酸、三氟化磷、WCl6、W(OC2H5)6、NbCl5、TaCl4、MoCl6等，它们作为掺杂而存在可以降低二氧化钒薄膜的相变转化温度。所述氧源为氧气、水、羰基化合物类（特别是酯）等，优选水。所述钒源与氧源的物质的量比例为1:1～1:10，优选1:1～1:5。
中间屏蔽层薄膜所用的氧化硅的气态前驱物的化学式为RuOvSim，其中R为直链或支链或环烷基，u=3-8，v=0-4，m=1-4。典型的如正硅酸乙酯(TEOS)、甲硅烷(SiH4)。
本发明工艺简单，采用合适的气态前驱物在移动的热玻璃表面沉积了智能热致变色薄膜，得到的智能调温节能玻璃具有接近室温的相变转化温度、合适的可见光透过率等特点，完全可以应用于建筑幕墙或智能窗等节能领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的智能调温节能玻璃的结构示意图。
图2为本发明的智能调温节能玻璃的制备方法示意图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明，同时本发明并不限制于这些实施例。
本发明的智能调温节能玻璃实施例
一种智能调温节能玻璃，包括玻璃基板1、中间屏蔽层薄膜2和智能热致变色膜3。所述玻璃基板1为4mm厚度的超白玻璃。所述智能热致变色膜3为二氧化钒膜层中加入掺杂元素钨。智能热致变色膜3的厚度为50～90nm。在玻璃基板1和智能热致变色膜3之间沉积一中间屏蔽层薄膜2，中间屏蔽层薄膜2沉积在玻璃基板1上，中间屏蔽层薄膜2的主要成分是氧化硅。中间屏蔽层薄膜2的厚度为50～80nm。
本发明的智能调温节能玻璃的制备方法的实施例
一种智能调温高效节能玻璃的制备方法，步骤包括：加热、常压化学气相沉积法镀膜和退火。
玻璃基板1在加热段4中被加热到622℃，通过传动辊道8输送到镀膜段5中，镀膜段5中装配有两套镀膜反应器7，镀膜反应器7距离玻璃基板1的高度可调，为4～8mm。当玻璃基板1经过镀膜反应器7，镀膜反应器7以常压化学气相沉积法分别将中间屏蔽层薄膜2及智能热致变色膜3的反应性气体前驱物在玻璃基板1表面先后快速均匀沉积中间屏蔽层薄膜2及智能热致变色膜3，镀完膜的玻璃通过传动辊道8送入退火段6中进行冷却退火。所述退火段6的温度在一个渐变梯度范围内。所述传动辊道8传送速度无极变频可调。
在本实施例中，常压化学气相沉积法沉积的智能热致变色膜3所用的气态前驱物包括钒源、掺杂源和氧源。所述钒源为三氯氧钒。所述掺杂源包括三氟乙酸、氢氟酸、三氟化磷、WCl6、W(OC2H5)6、NbCl5、TaCl4、MoCl6等。所述氧源为水。所述钒源与氧源的物质的量比例为1:1～1:5。
中间屏蔽层薄膜2所用的氧化硅的气态前驱物为正硅酸乙酯(TEOS)。

Claims (10)

1.一种智能调温高效节能玻璃，包括玻璃基板（1）、中间屏蔽层薄膜（2）和智能热致变色膜（3），其特征在于：在玻璃基板（1）和智能热致变色膜（3）之间沉积有中间屏蔽层薄膜（2），其中，智能热致变色膜（3）为二氧化钒膜层中加入掺杂元素所形成得半导体导电薄膜，厚度为30～100nm，掺杂元素为氟、过渡金属元素，中间屏蔽层薄膜（2）主要成分为氧化硅，厚度为30～150nm，中间屏蔽层薄膜（2）厚度为50～80nm，智能热致变色膜（3）中的掺杂元素为钨，智能热致变色膜（3）厚度为50～90nm。
2.权利要求1所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，步骤包括：加热、常压化学气相沉积法镀膜和退火，玻璃基板（1）在加热段（4）中被加热到400～700℃，通过传动辊道（8）输送到镀膜段（5）中，镀膜段（5）中装配有两套镀膜反应器（7），镀膜反应器（7）距离玻璃基板（1）的高度可调，调节范围1～15mm，在镀膜反应器区域，镀膜反应器（7）以常压化学气相沉积法分别将中间屏蔽层薄膜（2）及智能热致变色膜（3）的反应性气体前驱物在热玻璃基板（1）表面先后快速均匀沉积中间屏蔽层薄膜（2）及智能热致变色膜（3），镀完膜的玻璃通过传动辊道（8）送入退火段（6）中进行冷却退火。
3.权利要求2所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：所述玻璃基板（1）预热应达到的温度不少于550℃。
4.权利要求2所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：所述反应器（7）距离玻璃基板（1）的高度可调，调节范围4～8mm。
5.权利要求2所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：中间屏蔽层薄膜（2）的反应性气体前驱物的化学式为RuOvSim，其中R为直链或支链或环烷基，u=3-8，v=0-4，m=1-4。
6.权利要求2所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：智能热致变色膜（3）的反应性气体前驱物包括钒源、掺杂源和氧源，钒源与氧源的物质的量比例为1:1～1:10,。
7.权利要求6所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：所述钒源为氧化钒气态前驱物，其化学式为RnVCl4-n，其中R为直链或支链或环烷基，n=0，1或2。
8.权利要求6所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：所述掺杂源包括三氟乙酸、氢氟酸、三氟化磷、WCl6、W(OC2H5)6、NbCl5、TaCl4、MoCl6。
9.权利要求6所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：所述氧源为氧气、水、羰基化合物类。
10.权利要求2所述的智能调温高效节能玻璃的制备方法，其特征在于：中间屏蔽层薄膜（2）的气态前驱物的化学式为RuOvSim，其中R为直链或支链或环烷基，u=3-8，v=0-4，m=1-4。
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