CN103771722B

CN103771722B - 一种具有高隔热功能的透明调光结构及其制备方法及应用

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Publication number: CN103771722B
Application number: CN201210405607.9A
Authority: CN
Inventors: 金平实; 罗宏杰; 王兵兵; 高彦峰
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: CN103771722A

Abstract

本发明提供一种具有高隔热功能的透明调光结构，所述透明调光结构至少包括：纳米级的二氧化钒粉体，微米级的氧化硅空心球，以及板状透明基材。本发明还提供所述透明调光结构的制备方法。本发明的技术方案克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点。

Description

一种具有高隔热功能的透明调光结构及其制备方法及应用

技术领域

本发明属于节能环保新材料技术领域，更具体地提供一种同时具有隔热功能的透明调光结构，及其制备方法和在节能玻璃或节能树脂等方面的应用，。

背景技术

建筑能耗一般占据了社会总能耗的三分之一以上，同时，建筑用能对世界温室气体排放的“贡献率”高达25%，是温室气体减排的重点大户之一。玻璃窗作为建筑与外界进行光热交换的主要通道，资料表明，建筑能耗的50%是通过玻璃窗进行的；而建筑物外墙等的吸热也加剧了城市中心的热岛现象。所以，实现建筑节能将对减少建筑温室气体排放起着决定性作用。同样，汽车等移动体的窗户或外表面的节能化，也将对舒适与节能减排做出贡献。

目前，市场销售的节能玻璃窗或节能贴膜(简称节能窗)均属于低发射率(Low-E)范畴，其特点是具有较高的可见光透过率(透明)和较低的远红外发射率(隔热保温)，并可以通过结构设计和材料选择，在实现隔热保温的同时，对太阳光中近红外部分实行高遮断(适合于炎热地区)或高透过(适合于寒冷地区)。但是，一旦决定了材料和结构，其光学性能也随之固定，不能随季节和温度环境的变化实现双向调节，即冬天对太阳光中近红外部分呈现高透过，而夏天则对其呈现高遮断，因而不能完全适合大部分冬暖夏热四季分明地区的需要。

而最近出现的智能型节能窗，由于其光学性能可随外界环境或居住者的需要实现双向调节，更能适用于大部分冬暖夏热地区需要，使居住空间更为舒适节能，被称作为下一代的节能窗产品。根据材料的致变色原理可分为电致变色、气致变色和热致变色等几种主要类型。顾名思义，电致变色材料需通过施加电压，气致变色材料需要通入氢气才能实现双向调节，而利用二氧化钒由于温度变化导致的半导体-金属相变所伴随的巨大光学性能变化原理所研制的热致变色节能窗，由于能够根据环境温度自动进行光热透反射率的可逆调节，达到冬暖夏凉的目的，而无需任何人工能源，被认为是最低碳环保的节能窗之一。

二氧化钒热致变色节能窗的主要制备方法有物理法(主要为磁控溅射镀膜)和化学法(包括化学气相镀膜和溶液镀膜和纳米粉体制备)等。采用磁控溅射等物理法镀膜方式容易获得结合性好光学性能高的高性能镀膜产品，但由于磁控溅射镀制二氧化钒薄膜必须在对基材进行加热(约400℃)的条件下进行，不适宜在高分子基材上的镀膜工艺。而且真空镀膜设备庞大，工艺复杂，成本较高。而二氧化钒纳米粉体的化学制备技术是最近发展起来新的应用方向，具有制作设备简单，成本低，容易量产，使用方便，可通过涂覆或混炼的方法简单获取节能玻璃与树脂贴膜等优点，特别是涂层涂覆工艺可以在非加热条件下实施，适宜制备各种类型的高分子膜，有利于建筑物或车辆的节能改造，因而受到了越来越多的重视。

国内目前已经出现了部分二氧化钒粉体的制备及其在节能窗方面的应用技术。例如，中国发明专利CN1837061A公开了一种相变温度可调的相变智能材料(掺杂二氧化钒粉体)及其制备方法，该方法先采用液相沉淀法制备掺杂二氧化钒前驱体，再将经过滤干燥等处理的前驱体在高温下(400-1200℃)加热结晶化，形成所定所组成(V1-xMx02(0<X<0.06))的掺杂二氧化钒粉体。

但是，这种方法必须将前驱体经高温煅烧才能获得结晶状态的掺杂二氧化钒粉体。显然，高温煅烧过程中不可避免的烧结过程必然会造成粉体的结块，所获结块的粉体需经再次粉碎才能应用于节能涂料，而结块和再次粉碎均会引起掺杂二氧化钒结晶的固有热致变色性能的劣化。

中国发明专利CN101265374A还公开了将掺杂二氧化钒均匀分散在可成膜材料中制成浆料，通过涂覆并经干燥加热处理后，在材料表面形成智能隔热保温膜的技术。为了获得良好的红外线阻隔效果，该智能隔热保温膜除含有掺杂二氧化钒和树脂等以外，还可在浆料中添加光学阻隔性金属氧化物(包括透明导电材料ATO，ITO)用于阻隔太阳光波段(300-2500nm)中的紫外或红外辐射。但是，阻隔效应主要是通过对太阳光的吸收实现，综合效果将会更加助长智能隔热保温膜的吸收放热，而在该发明技术中，也从未提及如何采取必要措施减少由于这种吸收放热所造成的不良影响。

众所周知，室内外进行的热交换方式有三种，热辐射，热对流和热传导。采用用二氧化钒热致变色纳米粉体涂层制备的热致变色节能窗能对太阳光的辐射实现透反射率的自动调节，而采用中空玻璃结构则可有效地减少热对流损失。但是，处于分散状态下的二氧化钒纳米颗粒对太阳光的强烈吸收作用，所吸收的大部分能量将以热的形式重新放出，以致在炎热的夏天，二氧化钒节能窗所吸收的热量将向温度较低的室内传递，从而增加室内制冷空调的负担，影响节能减排效果。

因此，本领域迫切需要一种技术方案，以克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种具有高隔热功能的透明调光结构，以克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点。

本发明的第二目的在于获得一种具有高隔热功能的透明调光结构的制备方法，以克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点。

本发明的第三目的在于获得一种具有高隔热功能的透明调光结构制品，以克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点。

本发明的第四目的在于获得一种具有高隔热功能的透明调光结构的用途，以克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点。

在本发明的第一方面，提供了一种具有高隔热功能的透明调光结构，所述透明调光结构至少包括：

纳米级的二氧化钒粉体，

微米级的氧化硅空心球，以及

板状透明基材。

在一优选实施方式中，所述纳米级的二氧化钒粉体是水热法制得。

在一优选实施方式中，所述氧化硅空心球是化学法制得。

本发明的一个具体实施方式中，所述纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球分别在所述板状透明基材表面形成涂层。

本发明的一个具体实施方式中，所述纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球在板状透明基材表面形成混合涂层。

本发明的一个具体实施方式中，由两枚以上的板状透明基材构成中空结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

本发明的一个具体实施方式中，由两枚以上的板状透明基材由树脂隔膜结合形成夹层结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

本发明的一个具体实施方式中，由两枚以上的板状透明基材由树脂隔膜结合形成的夹层结构，其中树脂膜含有纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球涂层。

本发明的一个具体实施方式中，所述透明调光结构为具有如下的Low-E性能：

远红外辐射率不大于0.3，可见光透过率为5%-50%，调光层相变温度在20-68℃之间，太阳光调节率不小于5%；

远红外辐射率与太阳光调节率的测定依照相应测定标准分别用红外分光光谱仪和紫外-可见-近红外分光光谱仪按测定标准测定。

本发明的第二方面提供一种本发明所述的具有高隔热功能的透明调光结构的制备方法，包括以下步骤：

提供二氧化钒纳米粉体和氧化硅空心球粉体；

将上述两种粉体分别涂覆于透明基材的表面；

制备任选的Low-E涂层；

将含有上述涂层的透明基材复合成具有高隔热功能的透明调光结构。

本发明的第三方面提供一种本发明所述的具有高隔热功能的透明调光结构的制品，其中，所述制品为节能玻璃制品或是节能树脂制品。

本发明的第四方面提供一种本发明所述的具有高隔热功能的透明调光结构在节能方面的应用。

附图说明

图1为二氧化钒纳米粉体的FE-SEM(场发射扫描式电子显微镜)照片。

图2为二氧化钒纳米粉体涂层的分光透过率谱。

图3为氧化硅空心球的FE-SEM照片。

图4为一种高隔热透明调光夹层玻璃的结构例。

图5一种高隔热透明调光夹层玻璃的分光透过率谱。

图6为一种为纳米氧化硅空心结构的FE-SEM照片。

图7为一种高隔热透明调光夹层玻璃的分光透过率谱。

图8为一种高隔热透明调光中空玻璃的结构例和工作模式。

图9为氧化硅空心球涂层玻璃的分光透过率谱。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，克服和解决二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果、甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏的缺点，获得了具有高隔热功能的透明调光结构并在此基础上完成了本发明。

本发明的技术构思如下：

本发明描述一种具有高隔热功能的透明调光结构，及其制备方法和应用。结构至少含有纳米级的二氧化钒(含掺杂二氧化钒)粉体，微米级的氧化硅空心球或其他透明氧化物或透明树脂的空心结构，和板状透明基材所组成。结构的制法包括制备高性能二氧化钒纳米粉体(例如用水热法)，制备微米级的氧化硅(或其他透明氧化物或树脂材料)的空心球(例如用化学方法)，和把上述两种物质分别或以混合方式涂覆在透明基材表面或分散于透明基材内部，并将透明基材复合成为具有高隔热功能的透明调光结构的步骤。将上述透明调光结构用于建筑玻璃可获同时具有隔热和调光功能的节能窗，用于透明树脂可获得同时具有隔热和调光功能的节能树脂板或贴膜。

本发明中，术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”中。

以下对本发明的各个方面进行详述：

具有高隔热功能的透明调光结构

本发明提供一种具有高隔热功能的透明调光结构，其特征在于，所述透明调光结构至少包括：

纳米级的二氧化钒粉体（含掺杂二氧化钒），

微米级的氧化硅空心球，以及

板状透明基材。

发明人发现，纳米级的二氧化钒（含掺杂二氧化钒）粉体具有根据气温变化自动调节光热透反射率的优点，而微米级的氧化硅空心球则有着优良的热阻隔效应，将上述两种材料在透明基材表面或形成复合涂层，并通过与透明基材相结合，形成了一种具有高隔热功能的透明调光结构。

所述″微米级氧化硅空心球″可以市售获得。在一优选实施方式中，所述氧化硅空心球是化学法制得。

本文中，所述“高隔热”是指利用纳米或微米尺寸范围的空心球的极低的热传导率大大减少室内外热交换中的热传导部分，因而使玻璃具有高度的隔热功能。

本文中，所述“纳米级的二氧化钒粉体”通常包括单纯二氧化钒纳米粉体，或经少量元素掺杂后的二氧化钒纳米粉体。少量元素(如W,Mo,Nb,Ta等化合价高于4的金属元素)掺杂能有效地调节纳米粉体的相变温度，适应不同地区对不同调节温度的要求。

本文中，所述“纳米级”，是指粉体平均粒径在100nm以下，或粉体三维尺寸中的最小尺寸在100nm以下。

本文中，所述“微米级”，是指粉体平均粒径在1微米与100微米之间，同时粉体三维尺寸中的最小尺寸在1微米以上。

在本发明的一个具体实施方式中，所述纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球分别在所述板状透明基材表面形成涂层。

在本发明的一个具体实施方式中，所述纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球在板状透明基材表面形成混合涂层。

在本发明的一个具体实施方式中，由两枚以上的板状透明基材构成中空结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

在本发明的一个具体实施方式中，由两枚以上的板状透明基材由树脂隔膜结合形成夹层结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

在本发明的一个具体实施方式中，由两枚以上的板状透明基材由树脂隔膜结合形成的夹层结构，其中树脂膜含有纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球涂层。

在本发明的一个具体实施方式中，所述透明调光结构为具有如下的Low-E性能：

本文中，所述“太阳光调节率”定义为调光层相变前后太阳光透过率之差。

本发明中，所述的低辐射率(Low-E)范畴，其特点是具有较高的可见光透过率(透明)和较低的远红外发射率(隔热保温)。

虽然同样是隔热保温，但氧化硅空心球作用机理是减少了热传递中的热传导部分，而Low-E是减少了热传递中的热辐射部分，两者可以说是异曲同工。

本文中，所述“隔热保温功能”是指降低物体热辐射实现隔热保温功能，通常是指该透明结构对波长大于2.5微米的红外热辐射领域(常温物体的热辐射集中在在8-12微米)具有较低的辐射率，可大大降低因物体表面辐射而造成的室内热能向室外的传递，作为窗户时能在气温较低的冬天将暖气有效地保持在室内，达到理想的节能效果。

也即，本发明的“高隔热”主要涉及减少热传导，而“隔热保温功能”还涉及减少热辐射。

具有高隔热功能的透明调光结构的制备方法

本发明的具有高隔热功能的透明调光结构可以由纳米级二氧化钒（含掺杂二氧化钒）粉体和微米级氧化硅空心球分别在板状透明基材表面形成涂层而实现。

本发明具体提供一种如本发明所述的具有高隔热功能的透明调光结构的制备方法，

提供二氧化钒纳米粉体和氧化硅空心球粉体；

将上述两种粉体分别涂覆于透明基材的表面；

制备任选的Low-E涂层；

在一优选实施方式中，所述氧化硅空心球是化学法制得。

本文中，所述“二氧化钒纳米粉体”通常是指至少满足以下条件的该种粉体，1)结晶相为金红石相二氧化钒；2)粉体分散性良好，平均粒径在50纳米以下。本文中，所述“二氧化钒纳米粉体”通常包括单纯二氧化钒纳米粉体，或经少量元素掺杂后的二氧化钒纳米粉体。少量元素(如W，Mo,Nb,Ta等化合价高于4的金属元素)掺杂能有效地调节纳米粉体的相变温度，适应不同地区对不同调节温度的要求。

本文中，所述“调光”通常是指该透明结构在太阳光波长领域(约为300-2500nm)对光的透过率或/和反射率具有智能性的调节功能，即在气温较高时(如夏天)具有较低的透过率或/和较高的反射率，而在气温较低时(如冬天)具有较高的透过率或/和较低的反射率。显然，这种智能型调节功能用于建筑物窗户等有明显的节能和舒适效果。太阳光太阳光波长领域的透反射率测定可使用周知的分光光谱仪测定样品的分光透反射率光谱，并将该光谱在相应的太阳光谱辐射照度标准曲线上积分获得。

本发明的具体实施方式中，所述透明基材根据不同使用目的按一般规定(如建筑玻璃厚度规定)办理。

如本文所用，所述的“化学法”，广义上指的是具有原子间的结合与切断，并有新的物质生成的反应，而在本发明中，除非另有说明，仅指在溶液中进行的化学反应，不包括在蒸汽中进行的化学反应如化学气相沉积(CVD)或其他反应过程。

如本文所用，所述的“水热法”，属于溶液化学反应中的一种，除非另有说明，是指在水的临界点(374℃，22.1MPa)以下的高温高压条件下进行的水热反应，不包括在水的超临界条件下的这种反应。

本文中，所述“透明结构”具有较靠近室外的“近室外侧”和较靠近室内的“近室内侧”。

除氧化硅空心球以外，其他透明氧化物或透明树脂的空心结构同样具有良好的隔热功能，同样可在本发明中使用。

为了同时阻隔由于热对流带来的热传递损失，采用两枚以上的板状透明基材构成中空结构，其中一枚或以上板状透明基材含有纳米级的二氧化钒（含掺杂二氧化钒）粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

考虑到目前市场对夹层玻璃（用一枚树脂膜结合起来的两片玻璃，有防爆，隔音和一定的隔热效果）的需求，可将两枚以上的板状透明基材由树脂隔膜结合形成夹层结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒（含掺杂二氧化钒）粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

当然，这种新型夹层玻璃中也可使用含有纳米级的二氧化钒（含掺杂二氧化钒）粉体和微米级的氧化硅空心球的树脂隔膜将两片玻璃结合起来的结构。

为了同时获取较低的红外热发射率（Low-E），在板状透明基材上可采用化学方法或物理方法镀制透明导电材料薄膜，或通常使用的含银Low-E膜，以防止冬天室内热量的外流。

这种高隔热功能的透明调光结构可以通过以下步骤制备：

1.以水热法制备高性能二氧化钒（含掺杂二氧化钒）纳米粉体；

2.以化学法制备高性能氧化硅空心球粉体；

3.将上述两种粉体分别涂覆于透明基材的表面，或混合涂覆于板状透明基材的表面，或涂覆或混在于透明树脂隔膜的表面或内部；

4.根据需要可在板状透明基材上预先制备Low-E涂层；

5.将透明基材复合成具有高隔热功能的透明调光结构。

上述纳米粉体，涂层，以及隔热功能结构用XRD，SEM和分光光度计进行了评价。

显而易见，将上述透明结构用于建筑玻璃可获具有高隔热功能的节能窗，用于透明树脂可获得具有高隔热功能的节能树脂板或贴膜。

优点

本发明者有着使用物理和化学两种方法制备二氧化钒热致变色薄膜和纳米粉体的长年研究经历。最近，利用水热化学反应成功地在液相中直接合成了高分散性的二氧化钒（含掺杂二氧化钒）纳米粉体，解决了在低温涂覆的条件下在高分子基材上直接制备二氧化钒节能涂层的瓶颈问题，用所获纳米粉体涂覆的塑料贴膜热致变色性能优良，在可见光透过率和太阳光调节率甚至超过了理论上致密薄膜（如磁控溅射制备的VO2薄膜）的性能，达到了目前报道的最好水平。但是，这种二氧化钒纳米粉体的涂层依然存在吸收放热影响节能效果的缺点，甚至过度的吸收放热难免对涂层本身造成破坏。

为了充分利用最新的纳米技术对二氧化钒性能上的提升，同时解决二氧化钒吸收放热的不良影响，本发明设计了一种具有隔热功能的透明调光结构，采用高性能二氧化钒（含掺杂二氧化钒）纳米粉体与一种热导率极低的透明材料（包括氧化硅或其他透明无机材料和透明有机材料）的空心结构相结合，共同形一种具有隔热功能的透明调光结构，并发明了相应的制备方法及其在节能环保方面的应用。

如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

上述合成方法只是本发明部分化合物的合成路线，根据上述例子，本领域技术人员可以通过调整不同的方法来合成本发明的其他化合物，或者，本领域技术人员根据现有公知技术可以合成本发明的化合物。合成的化合物可以进一步通过柱色谱法、高效液相色谱法或结晶等方式进一步纯化。

本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

实施例1，

制备高隔热透明调光夹层玻璃

制备过程分为以下步骤：

1)制备钨掺杂二氧化钒纳米粉体

将1.3g五氧化二钒(V₂O₅，和光纯药公司制特级试药)和H₂WO₃(W∶V比为1%)加入40mL过氧化氢10%重量比的水溶液中，持续搅拌2-4小时，获得茶色透明溶胶。

在上述溶胶中缓慢滴入5%重量比的水合肼(N₂H₄-H2O)水溶液，同时测定溶液pH值，直至pH值达到4-5之间时(本实验中pH值为4.2)停止滴入；将上述溶液置于聚四氟乙烯内衬水热反应釜中，在270℃加热24小时。

将反应釜冷却后取出液相生成物，获得钨掺杂二氧化钒纳米粉体的反应物分散液。将反应物分散液经过滤，洗净，干燥后获得钨掺杂二氧化钒纳米粉体。

2)制备氧化硅空心球

采用聚苯乙烯单分散球形颗粒为模板，以TEOS为硅源，在氨水催化条件下在聚苯乙烯单体表面沉积一层SiO₂致密壳层，然后通过热处理除去聚苯乙烯，获得SiO₂空心球。具体步骤如下：

(1)聚苯乙烯模板(简称：PS)的制备

a.称取适量AIBA(azodiisobutyramidinedihydrochloride)于烧杯中，加去离子水，搅拌后再转移到滴液漏斗中备用；

b.称取适量PVP(POLYVINYLPYRROLIDONE)于烧杯中，加去离子水，搅拌后转移到三口烧瓶中；

c.在通氮气条件下将水浴温度升到70℃；

d.将适量经过减压蒸馏的苯乙烯(St)加入三口烧瓶，保持一定时间；

e.缓慢滴加AIBA溶液；

f.在水浴温度70℃下搅拌并保持数-数十小时；

g.将反应产物离心分离，清洗，干燥获得聚苯乙烯球状模板，直径约为250nm。

(2)SiO₂包覆PS(简称：PSS)

a.称取适量PS球于烧杯中，加适量乙醇，超声分散；

b.再加入适量乙醇，去离子水和NH₄OH，搅拌，水浴加热至50℃；

d.滴加适量TEOS(正硅酸乙酯)；

e.将产物离心分离，洗净，干燥。

(3)SiO₂空心球的形成(简称：PHSS)

a.称取一定量的PSS样品，在空气中500℃的条件下进行热处理适当时间即获得PHSS的空心球。

3)制备高隔热透明调光夹层玻璃

将钨掺杂二氧化钒纳米粉体和SiO₂空心球均匀涂覆在市场购买的高透明自立型双面胶带的表面，并将双面胶带另一面粘贴于适当大小(约25x25mm，厚度1mm)的普通玻璃片上，并将两片玻璃用另一枚透明两面胶粘合在一起，即形成一种高隔热透明调光夹层玻璃结构。

用带有加热附件的分光光度计在低温(20℃)和高温(80℃)状态下测定了结构的分光透过率光谱。测定时以贴有空白双面胶带的空白玻璃片作为标准对热致变色玻璃的光学性能进行了校正。

对上述所获纳米粉体，涂层，以及功能结构用XRD，SEM和分光光度计进行了评价。

图1为钨掺杂二氧化钒纳米粉体的SEM电镜照片，表现为分散性良好，平均粒径约在40nm左右的纳米微晶。

图2为钨掺杂二氧化钒纳米粉体制备的热致变色玻璃的光学性能。涂层在高温(60℃)和低温(20℃)状况下显示了对太阳光的良好调节率。

图3为SiO₂空心球的SEM照片，表现为直径约为400nm左右的球形结构，图中同时显示了这种球是一种空心结构。

图4是包含钨掺杂二氧化钒纳米粉体和SiO₂空心球的高隔热透明调光夹层玻璃的结构和功能示意图的一例。当然，对采取何种结构不应有任何限制。

图5是这种高隔热透明调光夹层玻璃的分光透过率谱。与单纯二氧化钒纳米粉体涂层相比，透过率和高低温透过率的相对变化率几乎保持不变。

实施例2，

1)制备非掺杂二氧化钒纳米粉体

将1.7g偏钒酸铵(NH₄VO₃，和光纯药公司制特级试药)加入40mL水溶液中，并缓慢滴入5%重量比的水合肼(N₂H₄-H2O)水溶液，同时测定溶液pH值，直至pH值达到4-5之间时(本实验中pH值为4.2)停止滴入；将上述溶液置于聚四氟乙烯内衬水热反应釜中，在270℃加热24小时。

将反应釜冷却后取出液相生成物，获得二氧化钒纳米粉体的反应物分散液。将反应物分散液经过滤，洗净，干燥后获得二氧化钒纳米粉体。

2)制备氧化硅空心结构

称取市售碳酸钙纳米粉体(上海化工产品有限公司制造，平均粒径为60nm)0.5g，与40ml无水乙醇和10ml去离子水，用超声混合10min；在上述溶液中加入适量NH₄OH，搅拌1h后逐渐加入适量TEOS(正硅酸乙酯)，经适当反应时间后过滤，洗净，并在70°干燥24h。将所获粉体450°煅烧后放置在适当浓度HCl溶液中使CaCO₃溶出后获得纳米级SiO₂空心结构。

3)制备高隔热透明调光夹层玻璃

将二氧化钒纳米粉体和SiO₂空心球均匀涂覆在市场购买的高透明自立型双面胶带的表面，并将双面胶带另一面粘贴于适当大小(约25x25mm，厚度1mm)的普通玻璃片上，并将两片玻璃用另一枚透明两面胶粘合在一起，即形成一种高隔热透明调光夹层玻璃结构。

图6为SiO₂空心球的SEM照片，表现为直径约为80nm左右的等方体结构。

图7是这种高隔热透明调光夹层玻璃的分光透过率谱。

实施例3，

与实施例1类似方法制备了钨掺杂二氧化钒纳米粉体和SiO₂空心球和涂层，并用透明双面胶结合为高隔热透明调光夹层玻璃。另准备一片透明玻璃，预先在其表面用磁控溅射法镀制了厚度为360nm的ATO(锑掺杂二氧化锡)透明导电膜，并与夹层玻璃构成了图8所示一种新的中空节能玻璃结构。显然，在实施例1结构的基础上又增加了Low-E功能，在冬天具有室内的保温作用。

比较例1，

将实施例1所获SiO₂空心球均匀分散在透明两双面胶带的一面，并将另一面粘贴在一枚普通玻璃上，测试了结构的分光透过率谱如图9。结构在在高温(60℃)和低温(20℃)状况下的透过率曲线没有明显差异，即不具有对太阳光热的调节能力。

比较例2，

以实施例1中1)的方法制备了钨掺杂二氧化钒纳米粉体，并将其均匀涂覆在市场购买的高透明自立型双面胶带的表面，并将双面胶带另一面粘贴于适当大小(约25x25mm，厚度1mm)的普通玻璃片上，并与另一枚同样大小但未涂覆任何材料的空白胶带结合形成一种仅具有调光功能的透明调光夹层玻璃，玻璃尺寸为25×25×1mm。

以实施例1中3)的方法制备了同样大小的高隔热透明调光夹层玻璃，使玻璃同时包含了钨掺杂二氧化钒调光层和SiO₂空心球形成的隔热层，玻璃尺寸为25×25×1mm。

将上述两种玻璃同时放置于市售加热板上，将温度设定于100℃并加热保温，同时将两个热电偶置于两片玻璃的表面并记录温度变化。

仅具有调光功能的透明调光夹层玻璃表面温度约在一分钟后升至92℃，而高隔热透明调光夹层玻璃此时的表面温度仅为78℃。通过两者的比较，证明了由于二氧化硅空心球的存在减少了热流由加热板向玻璃表面的传到，起到了明显的隔热作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种具有高隔热功能的透明调光结构，其特征在于，所述透明调光结构至少包括：

纳米级的二氧化钒粉体，

微米级的氧化硅空心球，以及

板状透明基材；

所述纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球分别在所述板状透明基材表面形成涂层；

由两枚以上的板状透明基材构成中空结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层；或

由两枚以上的板状透明基材通过树脂隔膜结合形成夹层结构，其中至少一枚板状透明基材含有纳米级的二氧化钒粉体和/或微米级的氧化硅空心球涂层。

2.如权利要求1所述的透明调光结构，其特征在于，所述纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球在板状透明基材表面形成复合涂层。

3.如权利要求1所述的透明调光结构，其特征在于，由两枚以上的板状透明基材由树脂隔膜结合形成的夹层结构，其中树脂膜含有纳米级的二氧化钒粉体和微米级的氧化硅空心球涂层。

4.如权利要求1所述的透明调光结构，其特征在于，所述透明调光结构为具有如下的Low-E性能：

远红外辐射率不大于0.3，可见光透过率为5％-50％，调光层相变温度在20-68℃之间，太阳光调节率不小于5％；

5.一种如权利要求1所述的具有高隔热功能的透明调光结构的制备方法，其特征在于，

提供二氧化钒纳米粉体和氧化硅空心球粉体；

将上述两种粉体分别涂覆于透明基材的表面；

制备任选的Low-E涂层；

6.一种如权利要求1所述的具有高隔热功能的透明调光结构的制品，其中，所述制品为节能玻璃制品或是节能树脂制品。

7.一种如权利要求1所述的具有高隔热功能的透明调光结构在节能方面的应用。