CN111736246A

CN111736246A - 全光谱反射膜

Info

Publication number: CN111736246A
Application number: CN202010782691.0A
Authority: CN
Inventors: 杨荣贵; 翟怀伦; 王明辉
Original assignee: Ningbo Ruiling New Energy Materials Research Institute Co ltd; Ningbo Ruiling New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Ruiling New Energy Materials Research Institute Co ltd; Ningbo Ruiling New Energy Technology Co ltd; Ningbo Radi Cool Advanced Energy Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2020-10-02

Abstract

本发明涉及一种全光谱反射膜，包括基膜和依次层叠设置于所述基膜上的第一反射层、第二反射层和第三反射层，所述第一反射层的厚度小于等于15nm，所述第一反射层的材料为银或银合金，所述第二反射层的材料为铝，所述第三反射层的材料包括钛、钛合金中的至少一种。本发明的全光谱反射膜中，通过三层反射层的协调作用，使得全光谱反射膜在紫外波段的反射率提升至85%以上，在可见和近红外波段的反射率均提升至90%以上，实现了在紫外、可见和近红外波段均具有高反射率的效果。同时，由于紫外光被大幅反射，可以减少紫外光对全光谱反射膜的损伤，延长全光谱反射膜的使用寿命。

Description

全光谱反射膜

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，特别是涉及全光谱反射膜。

背景技术

基于铝层的反射膜（铝膜）和基于银层的反射膜（银膜）是最常用的两种基于金属反射层的反射膜。但是，铝膜在860nm处有一个明显的吸收峰，降低了其在可见和近红外波段的反射效率。而银膜在300nm-400nm的紫外波段由于表面等离子激元的作用使反射率急剧降低，而且，当银层的厚度在170nm以下时，银层会出现以波长320nm为峰值的“透过窗”，即，从光源发射出的紫外光会透过银层，到达下层或基体表面，并且，随着银层厚度的减小，“透过窗”的波长范围和透射率都会随之增大。

为克服上述技术缺陷，传统技术为将银和铝进行复合，得到同时包括银层和铝层的反射膜（银/铝反射膜），以弥补各自单独存在的技术缺陷和效果缺陷，但是，其只能实现可见和近红外波段的高反射率，无法实现紫外波段的高反射率，而且，随着时间延长，银/铝反射膜会逐渐被紫外光侵蚀而损伤。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种反射率高、使用寿命久的全光谱反射膜。

一种全光谱反射膜，包括基膜和依次层叠设置于所述基膜上的第一反射层、第二反射层和第三反射层，所述第一反射层的厚度小于等于15nm，所述第一反射层的材料为银或银合金，所述第二反射层的材料为铝，所述第三反射层的材料包括钛、钛合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述第二反射层的厚度大于所述第一反射层的厚度，且所述第一反射层与所述第二反射层的厚度比为1:2-1:8；

及/或，所述第三反射层的厚度大于所述第一反射层的厚度，且所述第一反射层与所述第三反射层的厚度比为1:1.6-1:10。

在其中一个实施例中，所述第一反射层的厚度为5nm-15nm；

及/或，所述第二反射层的厚度为30nm-40nm；

及/或，所述第三反射层的厚度为25nm-50nm。

在其中一个实施例中，所述银合金包括银/金合金、银/钯/铜合金、银/钕/金合金、银/铟/锡合金、银/钕/铜合金、银/铋/金合金、银/金/锡合金、银/锡合金、银/钛/锗合金、银/锌/镍合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述第一反射层和所述第二反射层之间还设置有第一阻隔层，所述第一阻隔层的厚度为4nm-20nm。

在其中一个实施例中，所述第二反射层和所述第三反射层之间还设置有第二阻隔层，所述第二阻隔层的厚度为4nm-20nm。

在其中一个实施例中，所述第一阻隔层的材料包括金属氟化物、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种；

及/或，所述第二阻隔层的材料包括金属氟化物、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述基膜和所述第一反射层之间还设置有介质层，所述介质层的厚度为0.1nm-2.5nm。

在其中一个实施例中，所述介质层的材料包括金属、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

在其中一个实施例中，在所述第三反射层背离所述第二反射层的表面上还设置有保护层，所述保护层的厚度为0.1nm-25nm，所述保护层的材料包括金属、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述基膜的厚度为20μm-200μm，所述基膜的透光率大于等于80%。

本发明的全光谱反射膜包括三层反射层，第一反射层为银层或银合金层，通过将第一反射层的厚度降低至15nm以下，使第一反射层在起到反射作用的基础上，降低对紫外波段的吸收，使得紫外光能够穿透第一反射层到达第二反射层，第二反射层为铝层，利用第二反射层对紫外波段的高反射率实现提高全光谱反射膜紫外反射率的效果，而少量可见光及近红外光在穿透第二反射层后到达第三反射层，利用第三反射层的高反射率的作用进一步增强全光谱反射膜的反射率。

从而，通过三层反射层的协调作用，使得全光谱反射膜在紫外波段的反射率提升至85%以上，在可见和近红外波段的反射率均提升至90%以上，实现了在紫外、可见和近红外波段均具有高反射率的效果。同时，由于紫外光被大幅反射，可以减少紫外光对全光谱反射膜的损伤，延长全光谱反射膜的使用寿命。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的全光谱反射膜的结构示意图；

图2为本发明第二实施方式的全光谱反射膜的结构示意图；

图3为本发明第三实施方式的全光谱反射膜的结构示意图；

图4为光谱反射图；其中，a为纯Ag光谱反射曲线，b为Al光谱反射曲线，c为实施例1的全光谱反射膜的光谱反射曲线。

图中：10、基膜；11、第一反射层；12、第二反射层；13、第三反射层；14、第一阻隔层；15、第二阻隔层；16、介质层；17、保护层。

具体实施方式

以下将结合附图说明对本发明提供的全光谱反射膜作进一步说明。

如图1所示，为本发明提供的第一实施方式的全光谱反射膜，所述全光谱反射膜在紫外、可见和近红外波段均具有高反射率的效果，可用于反射太阳光，起到降温的作用。

所述全光谱反射膜包括基膜10和依次层叠设置于所述基膜10上的第一反射层11、第二反射层12和第三反射层13，所述第一反射层11的厚度小于等于15nm，所述第一反射层11的材料为银、银合金中的至少一种，所述第二反射层12的材料为铝，所述第三反射层13的材料包括钛、钛合金中的至少一种。

通常，基膜10背离所述第一反射层11的一侧为入光侧，为保证太阳光能够透过基膜10到达第一反射层11，所述基膜10的透光率优选大于等于80%，进一步优选大于等于85%，更优选为大于等于88%。

具体地，所述基膜10包括聚4-甲基-1-戊烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇-醋酸酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚碳酸酯膜、丙烯腈苯乙烯共聚物膜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物膜、聚氯乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、三元乙丙橡胶膜、聚烯烃弹性体膜、聚酰胺膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物膜、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物膜、聚甲基丙烯酸羟乙酯膜、聚四氟乙烯膜、全氟(乙烯丙烯)共聚物膜、聚全氟烷氧基树脂膜、聚三氟氯乙烯膜、乙烯-三氟氯乙烯共聚物膜、乙烯-四氟乙烯共聚物膜、聚偏氟乙烯膜、聚氟乙烯膜、热塑性聚氨酯膜、聚苯乙烯膜中的至少一种。

为了保证全光谱反射膜的柔韧性，所述基膜10的厚度优选为20μm-200μm。

在另外一些实施方式中，基膜10也可以为硬质的透明材料，如玻璃等。

本实施方式中，光线经过基膜10后到达第一反射层11，第一反射层11为银层或银合金层，对可见光和近红外光具有很高的反射率。进一步地，通过将第一反射层11的厚度降低至15nm以下，使第一反射层11在起到反射作用的基础上，降低对紫外波段的吸收，使得紫外光能够穿透第一反射层11到达第二反射层12。

第二反射层12为铝层，其对紫外波段具有很高的反射率，从而可以利用第二反射层12对紫外波段的高反射率实现提高全光谱反射膜紫外反射率的效果。而少量可见光及近红外光在穿透第二反射层12后会到达第三反射层13，第三反射层13对可见波段和近红外波段具有很高的反射率，通过利用第三反射层13的高反射率的作用进一步增强全光谱反射膜的反射率。

从而，通过三层反射层的协调作用，使得本实施方式的全光谱反射膜在紫外波段的反射率提升至85%以上，在可见和近红外波段的反射率均提升至90%以上，实现了在紫外、可见和近红外波段均具有高反射率的效果，全光谱反射率达到90%以上。同时，由于紫外光被大幅反射，可以减少紫外光对全光谱反射膜的损伤，延长全光谱反射膜的使用寿命。

具体地，所述银合金均包括银/金合金、银/钯/铜合金、银/钕/金合金、银/铟/锡合金、银/钕/铜合金、银/铋/金合金、银/金/锡合金、银/锡合金、银/钛/锗合金、银/锌/镍合金中的至少一种。

其中，银/金合金中，银的质量比为92%-99.5%，金的质量比为0.5%-8%。

银/钯/铜合金中，银的质量比为94%-99%，钯的质量比为0.5%-3%，铜的质量比为0.5%-3%。

银/钕/金合金中，银的质量比为94%-99.5%，钕的质量比为0.2%-3%，金的质量比为0.3%-3%。

银/铟/锡合金中，银的质量比为92%-98.5%，铟的质量比为1%-5%，锡的质量比为0.5%-3%。

银/钕/铜合金中，银的质量比为94%-99%，钕的质量比为0.5%-3%，铜的质量比为0.5%-3%。

银/铋/金合金中，银的质量比为94%-99.6%，铋的质量比为0.1%-3%，金的质量比为0.3%-3%。

银/金/锡合金中，银的质量比为92%-99.7%，金的质量比为0.1%-5%，锡的质量比为0.2%-3%。

银/锡合金中，银的质量比为95%-99.5%，锡的质量比为0.5%-5%。

银/钛/锗合金中，银的质量比为92%-99.4%，钛的质量比为0.5%-3%，锗的质量比为0.1%-5%。

银/锌/镍合金中，银的质量比为91%-99.8%，锌的质量比为0.1%~6%，镍的质量比为0.1%-3%。

为保证穿透第一反射层11的紫外光和部分可见光、近红外光能够被第二反射层12反射回大气中，所述第二反射层12的厚度大于所述第一反射层11的厚度，且所述第一反射层11与所述第二反射层12的厚度比为1:2-1:8。

同样，为了保证穿透第二反射层12少量可见光、近红外光能够被第三反射层13反射回大气中，所述第三反射层13的厚度大于所述第一反射层11的厚度，且所述第一反射层11与所述第三反射层13的厚度比为1:1.6-1:10。

考虑到第一反射层11的反射率和紫外光吸收率，所述第一反射层11的厚度进一步优选为5nm-15nm。考虑到第二反射层12对穿透第一反射层11的紫外光的反射率，所述第二反射层12的厚度优选为30nm-40nm。考虑到第三反射层13对穿透第二反射层12的可见光和近红外光的反射率，所述第三反射层13的厚度进一步优选为25nm-50nm，更优选为25nm-35nm。

从而，通过三层反射层的厚度控制，使得全光谱反射膜在紫外、可见和近红外波段的反射率进一步提高。同时，还可以降低每层反射层的应力积累，避免全光谱反射膜在弯曲卷绕时出现断层剥落现象。

在一个或多个实施例中，所述第一反射层11包括至少两个层叠设置的第一子反射单元，以进一步降低第一反射层11的应力。

同样，所述第二反射层12可以包括至少两个层叠设置的第二子反射单元，所述第三反射层13包括至少两个层叠设置的第三子反射单元。

另一方面，第三反射层13的材料为钛、钛合金时，本实施方式的全光谱反射膜中银层的厚度进一步降低至15nm以下，在保证反射率的基础上，可以大幅降低全光谱反射膜的成本。

如图2所示，为本发明提供的第二实施方式的全光谱反射膜，本实施方式在第一实施方式的基础上，所述第一反射层11和所述第二反射层12之间还设置有第一阻隔层14。通过第一阻隔层14进行阻隔层叠，以避免第一反射层11和第二反射层12之间发生电偶腐蚀现象。

考虑到第一阻隔层14太薄时第一反射层11与第二反射层12之间容易出现分层，而太厚又会影响全光谱反射膜的性能，所以，所述第一阻隔层14的厚度优选为4nm-20nm。

同样，为了避免第二反射层12与第三反射层13之间发生电偶腐蚀现象，所述第二反射层12和所述第三反射层13之间设置有第二阻隔层15，所述第二阻隔层15的厚度优选为4nm-20nm。

进一步地，所述第一阻隔层14和第二阻隔层15的材料均包括金属氟化物、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

其中，所述金属氟化物包括MgF₂、BaF₂、YF₃、YbF₃、GdF₃、LaF₃、AlF₃中的至少一种。

所述金属氮化物包括Mg₃N₂、AlN、BN、CrN、NiCrNx、HfN、TaN、TiN、TiAlN、ZrN中的至少一种。

所述半导体掺杂化合物包括AZO、ITO、IZO、ZTO、GZO中的至少一种。

进一步地，所述第一阻隔层14和/或所述第二阻隔层15由至少两个子阻隔层层叠而成，且相邻子阻隔层的材料不同，以相互弥补各子阻隔层自身的结构缺陷，可以有效减少或避免阻隔层自身结构内部出现缝隙，使相邻反射层之间的阻隔更为彻底，不仅避免了电偶腐蚀现象的发生，还使得全光谱反射膜在常规和极端条件下的抗氧化性能更佳，而且还能避免因缝隙的存在而对光的反射与透射产生影响，进一步提高了全光谱反射膜的全光谱反射率。

如图3所示，为本发明提供的第三实施方式的全光谱反射膜，本实施方式在第二实施方式的基础上，所述基膜10和所述第一反射层11之间还设置有介质层16，以增强第一反射层11与基膜10之间的附着力，防止第一反射层11与基膜10出现断层剥落现象，同时，还可以阻隔水汽等进入全光谱反射膜侵蚀反射层。

具体地，所述介质层16的厚度为0.1nm-2.5nm，所述介质层的材料包括金属、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

其中，所述金属包括钛、镍、铬中的至少一种。

所述金属氮化物包括NiCrNx、AlN、TiN中的至少一种。

所述半导体掺杂化合物包括AZO、GZO、IZO、ITO、ZTO中的至少一种。

本实施方式中，在所述第三反射层13背离所述第二反射层12的表面上还设置有保护层17，以防止第三反射层13被氧化，提高全光谱反射膜的抗氧化性能。

具体地，所述保护层17的厚度为0.1nm-25nm，所述保护层的材料包括金属、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

其中，所述金属包括钛、镍、铬中的至少一种。

所述金属氮化物包括NiCrNx、AlN、TiN中的至少一种。

因此，本发明的全光谱反射膜实现了在紫外、可见和近红外波段均具有高反射率的效果。本发明的全光谱反射膜可用于建筑领域、太阳能光伏领域、物流储运领域、高科技农业领域、户外用品领域、电子电力领域或航空航天领域。

建筑领域，如：用于建筑玻璃的外表面，用于建筑屋顶、外墙的外表面，用于建筑用防水卷材的外表面，用于建筑用钢板、钢瓦的外表面等。

太阳能利用领域，如：用于太阳能光热发电，用于太阳能聚焦集热器等。

物流储运领域，如：用于运输工具顶部玻璃的外表面，用于运输工具车厢的外表面等。

高科技农业领域，如：用于农业大棚的外表面等。

户外用品领域，如：用于帽子、服装、帐篷、遮阳伞、车罩、车篷等户外用品的外表面。

电子电力领域，如：用于电力柜的外表面等。

航空航天领域，如：用于航天器散热面的外表面等。

该全光谱反射膜还可用于制造建筑领域、太阳能光伏领域、物流储运领域、高科技农业领域、户外用品领域、电子电力领域或航空航天领域的形成体。

建筑领域的形成体，如：建筑用玻璃、建筑用钢板、建筑用钢瓦、建筑用防水卷材等。

太阳能利用领域的形成体，如：太阳能光伏背板、太阳能光伏组件等。

物流储运领域的形成体，如：运输工具顶部用玻璃、运输工具用金属板等。

高科技农业领域的形成体，如：农业幕帘、农业用玻璃、农业用膜等。

户外用品领域的形成体，如：帽子、服装、帐篷、遮阳伞、车罩、车篷等。

电子电力领域的形成体，如：电力柜用金属板等。

航空航天领域的形成体，如：航天器散热面等。

以下，将通过以下具体实施例对所述全光谱反射膜做进一步的说明，实施例中，各功能层均通过溅射、蒸镀等方式形成。

表1

表2

表3

表4

参见图4、实施例1和对比例1可知，在相同反射层厚度下，本发明的全光谱反射膜相对于纯银膜的紫外光反射率提升了将近40%，耐候性好。

由实施例1和对比例2可知，在相同反射层厚度下，本发明的全光谱反射膜相对于纯铝膜的可见光反射率提升了8.4%，近红外光反射率提升了3.5%。

由实施例1和对比例3、对比例4可知，在相同反射层厚度下，本发明的全光谱反射膜相对于银/铝膜、铝/钛膜的全光谱反射率更高。

由实施例1与对比例4、对比例5可知，当第一反射层的厚度超过15nm时，紫外光反射率会大幅下降。

由实施例1和对比例6可知，当第一反射层的厚度小于5nm时，全光谱反射率会大幅下降。

由实施例1和对比例7可知，当第二反射层的厚度小于30nm时，紫外光反射率会大幅下降。

由实施例1和对比例8可知，当未设置介质层或保护层时，第一反射层与基膜的附着力较差。

上述实验数据遵循以下方法获得：

反射率：以5°的入射角，用铂金埃尔默的分光光度计lambda950测定全光谱反射膜表面的反射率，并分别测量波长范围0.3μm~0.38μm、0.38μm~0.78μm、0.78μm~2.5μm、0.3μm~2.5μm波段的平均反射率，分别作为紫外光反射率、可见光反射率、近红外光反射率和全光谱反射率的值。另外，入射角是指相对于与膜面垂直的直线的角度。

百格附着力试验：利用刀具切割所形成的全光谱反射膜的镀层，形成100个分部。接着用手牢固地把胶带(型号3M-610)贴于镀层的表面，然后用力均匀地剥离之后，确认镀层表面的各分部有无剥离，全部没有剥离时表示为100/100，全部发生剥离时表示为0/100。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种全光谱反射膜，其特征在于，包括基膜和依次层叠设置于所述基膜上的第一反射层、第二反射层和第三反射层，所述第一反射层的厚度小于等于15nm，所述第一反射层的材料为银或银合金，所述第二反射层的材料为铝，所述第三反射层的材料包括钛、钛合金中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述第二反射层的厚度大于所述第一反射层的厚度，且所述第一反射层与所述第二反射层的厚度比为1:2-1:8；

3.根据权利要求1所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述第一反射层的厚度为5nm-15nm；

及/或，所述第二反射层的厚度为30nm-40nm；

及/或，所述第三反射层的厚度为25nm-50nm。

4.根据权利要求1所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述银合金包括银/金合金、银/钯/铜合金、银/钕/金合金、银/铟/锡合金、银/钕/铜合金、银/铋/金合金、银/金/锡合金、银/锡合金、银/钛/锗合金、银/锌/镍合金中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述第一反射层和所述第二反射层之间还设置有第一阻隔层，所述第一阻隔层的厚度为4nm-20nm。

6.根据权利要求5所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述第二反射层和所述第三反射层之间还设置有第二阻隔层，所述第二阻隔层的厚度为4nm-20nm。

7.根据权利要求6所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述第一阻隔层的材料包括金属氟化物、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种；

8.根据权利要求6所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述基膜和所述第一反射层之间还设置有介质层，所述介质层的厚度为0.1nm-2.5nm。

9.根据权利要求8所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述介质层的材料包括金属、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

10.根据权利要求6所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述第三反射层背离所述第二反射层的表面上还设置有保护层，所述保护层的厚度为0.1nm-25nm，所述保护层的材料包括金属、金属氮化物、半导体掺杂化合物中的至少一种。

11.根据权利要求6所述的全光谱反射膜，其特征在于，所述基膜的厚度为20μm-200μm，所述基膜的透光率大于等于80%。