CN204020109U - 一种自动变色调温的智能玻璃 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动变色调温的智能玻璃。该智能玻璃是由一层或多层透光材料层与至少一层二氧化钒薄膜及至少一层自动变色聚碳酸酯板组成的层叠结构的组合体。二氧化钒是一种相变金属氧化物，在达到相变温度时二氧化钒会发生相变，改变其光学性能，从相变前的全波段透射红外光，到相变后的全波段反射红外光。溴化银在强光照射时会分解成银和溴，分解出的银的微晶粒使得无色透明的聚碳酸酯呈现暗棕色，降低可见光进入室内的量，从而实现了智能玻璃随着温度变化调节透过智能玻璃的辐射能量借以调节温度的功能及根据光照强度调节进入室内的可见光强度的功能。在实现节能目的同时，真正达到冬暖夏凉，光照柔和，提供人们一个良好的生活体验。

Description

一种自动变色调温的智能玻璃

技术领域

本实用新型涉及节能环保材料领域，更具体地涉及一种自动变色调温的智能玻璃。

背景技术

随着我国社会经济的发展，对能源的需求与日俱增，而我国本来又是一个能源不足的国家，特别是优质能源不足。长期以来我国主要是以煤炭为主要能源来源，而这种能源使用方式不仅效率底下，而且其副产物对于环境带来严重的污染。在这样的困境下如何更好的节能已经日益成为人们的共识。在各类能耗中，我国的建筑能耗已经占到社会总能耗的三分之一以上，其中采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55％左右，并且我国建筑单位面积能耗是发达国家的2至3倍，并呈逐年上升趋势，能源浪费极其严重。

在现代建筑物中，最严重的能耗来自作为外墙或窗户的玻璃，且玻璃占外墙的面积比例越来越大，据测算通过普通玻璃窗进行的热交换损耗在冬夏季节分别占58％和73％。由此可见在建筑中的热量损耗的大部分都是通过玻璃窗的热交换而造成的，特别是夏季的损耗高达73%。这是由于太阳光能量约99％分布在波长为0.2 ～ 2.5μm 的范围内，其中0.2 ～0.38μm 的紫外光区占总能量的约8％，0.38 ～ 0.78μm 的可见光占约43％，0.78 ～ 2.5μm的近红外区占约48％。而普通玻璃对不同波长的太阳光不具有调控能力，夏天不能有效截止近红外太阳光，增加了空调的制冷负荷，而在冬天，室内热量又以热辐射的形式通过玻璃表面散失，增加了空调的保温负荷。在采用空调调节室内温度的情况下，据测量，制冷温度提高2℃，制冷负荷减少约20％ ；制热温度调低2℃，制热负荷减少约30％。由上述可知改善了窗玻璃绝热性能将是改善建筑能耗的关键所在。目前已经投入商业应用的被动调热型的低辐射率(Low-E) 镀膜玻璃，可有效减少玻璃表面的辐射率，进而减少相应的辐射散热，提高了窗玻璃绝热性能。但是，该Low-E 镀膜玻璃一旦在结构形成之后，其光学性能就不随环境变化进行可逆的双向调节以获得冬暖夏凉的效果，这难以适应我国大部分地区四季分明的需求。随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，汽车的使用日益增多，这使得由于车外强光照射驾驶员的眼睛，而引发的交通事故日益增多，为了改善这种状况许多人采取了贴深色车膜、安装偏振光玻璃等方法。这些办法虽然在一定程度上改善了车外强光对人眼的影响，但它们都存在一个共同的缺陷，那就是采用前述方法后无论车外的光照强度如何均会被削弱进入车内的光照强度，这样就会使车内光线始终处于较弱的状态，影响了车内的正常采光。同时长期处于昏暗的环境中容易使人疲劳，产生嗜睡感，这会对驾驶安全造成极大的隐患。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述缺陷和不足而提供一种根据温度和外界光照强度自动调节窗玻璃的透光率的技术，从而控制热量在窗玻璃上的进出量以此达到自动调温和节能的效果，同时控制进入室内光照强度，使室内始终保持柔和的光亮度，提供人们优良的生活体验。

为了实现上述的技术要求本实用新型提供以下技术方案：一种自动变色调温的智能玻璃，由一层或多层透光材料层与至少一层二氧化钒薄膜及至少一层自动变色聚碳酸酯板组成的层叠结构的组合体。其中自动变色聚碳酸酯板通过在聚碳酸酯中添加光致变色材料溴化银及氧化铜，采用熔融共挤的办法制成。智能玻璃的原理是：二氧化钒（VO₂）是一种相变金属氧化物，在低温时为半导体态的单斜相，全波段透射红外光，高温时为金属态的四方相，全波段反射红外光。二氧化钒相转变温度为68℃，通过在二氧化钒中添加高价态金属例如钼原子或钨原子，每添加1%的含量可以使相转变温度降低10℃或26℃。因此，在二氧化钒中添加一定比例的高价态金属使其相转变温度在室温23℃左右。而光致变色材料溴化银在受到强光照射时会分解成银和溴，分解出的银的微小晶粒使得原本透明的聚碳酸酯板呈现出暗棕色，从而削弱了进入室内的可见光的强度，当光照减弱时，原先分解的银和溴在氧化铜的催化作用下又重新生成溴化银，聚碳酸酯板又重新恢复原来的透明状态。这样在夏天由于阳光的照射，室内温度快速升高，在达到二氧化钒相转变温度使其由原来的单斜相，全波段透射红外光转变成四方相，全波段反射红外光从而减少了占太阳光辐射能量48％的红外区的能量进入室内，同时由于夏季强烈的光照使得自动变色聚碳酸酯板中的溴化银分解，使得自动变色聚碳酸酯板呈现暗棕色，削弱占太阳光辐射能量44%的可见光区的能量进入室内，从而大大减轻了空调的负担，节约了能源。在冬季气温低于23℃此时二氧化钒为半导体态的单斜相，全波段透射红外光温暖的阳光透过窗玻璃进入室内，带给人温暖的感受。室内开始供暖后，温度上升，达到23℃时二氧化钒又发生相变成为金属态的四方相，全波段反射红外光。从而将室内的热辐射牢牢锁在室内，减少室内热量通过窗玻璃散失，进而减轻室内取暖的负荷，节约能源。当本智能玻璃被用于车窗玻璃时，由于自动变色聚碳酸酯板在强光照射时会变色，从而削弱进入车内的光强，减少强光对驾驶员眼睛的刺激，从而提高驾驶的安全度。

作为优选，所述层叠结构从上到下依次为透光材料层、二氧化钒薄膜、自动变色聚碳酸酯板。这样的结构使得二氧化钒薄膜夹在透光材料层和自动变色聚碳酸酯板中间，很好的保护了二氧化钒薄膜不会接触其他杂质或尖锐物从而造成二氧化钒薄膜的污染或破损，同时也避免了由于接触空气二氧化钒被氧化失去相变特性，从而降低其对进入室内的太阳光能量的控制作用。

作为优选，其中的二氧化钒薄膜膜厚为50nm。

作为优选，所述层叠结构中还包含一空腔，空腔的上下两面均镀有二氧化钒薄膜。通过两道二氧化钒薄膜的过滤作用使得本实用新型在对进入室内的太阳光能量的控制作用得以增强。同时空腔的存在，使得二氧化钒在相变时体积变化得以自如的发生，从而减少了由此而产生的应力对智能玻璃的影响。

作为优选，所述空腔可以为真空，也可以在空腔内充入干燥的氩气或氮气其中之一。这样设计使得该智能玻璃不仅能调节太阳光辐射入室内的能量，而且具有良好的隔音降噪功能，更有利于本实用新型的推广应用，同时由于真空隔热层的存在，使得窗玻璃由于热传导而散失的热量大大减少，进一步加强了本实用新型的节能环保功效。充入氩气或氮气能更好的避免二氧化钒被氧化而失效。

作为优选，所述透光材料层为聚碳酸酯板。

附图说明

图1是本实用新型第一种实施方式中心剖面图。

图2是本实用新型第二种实施方式中心剖面图。    

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

图1所示为本实用新型的第一种实施方式。其具体方式如下：从上到下由上层透明聚碳酸酯板1、二氧化钒薄膜2、下层自动变色聚碳酸酯板3形成层叠结构的智能玻璃。其中二氧化钒薄膜直接由磁控溅射的方式镀在上层透明聚碳酸酯板1上，其厚度为50nm，下层自动变色聚碳酸酯板3通过在聚碳酸酯中添加光致变色材料溴化银及氧化铜，采用熔融共挤的办法制成，再通过抗UV无影胶与上层聚碳酸酯板1粘合在一起。二氧化钒（VO₂）是一种相变金属氧化物，在低温时为半导体态的单斜相，全波段透射红外光，高温时为金属态的四方相，全波段反射红外光。二氧化钒相转变温度为68℃，通过在二氧化钒中添加高价态金属例如钼原子或钨原子，每添加1%的含量可以使相转变温度降低10℃或26℃。因此，在二氧化钒中添加一定比例的高价态金属使其相转变温度在室温23℃左右。夹在上层透明聚碳酸酯板1和下层自动变色聚碳酸酯板3中间的二氧化钒薄膜2正是利用了二氧化钒的上述特性。夏季太阳光辐射强烈，从太阳光的能量分布可知其在紫外区的辐射能量仅占其全部能量的8%左右，其在红外区的辐射能量占了总辐射能量的48%左右，在可见光区的辐射能量占43%。随着辐射能量的持续进入，室内温度逐步升高，达到23℃的二氧化钒相变温度时二氧化钒发生相变，其光学特性也同时发生改变由相变前的全波段透射红外光，转变为全波段反射红外光。从而将占太阳光辐射能量1/2左右的红外区的辐射能量大幅削弱，同时由于二氧化钒在相变前后对可见光波段的透射率几乎不发生改变，强烈的光照使得自动变色聚碳酸酯板3中的溴化银分解出银的微晶粒，使得自动变色聚碳酸酯板3呈现深棕色从而削弱进入室内的可见光。这样就使得占太阳光辐射90%以上的能量被部分减少，从而极大的减轻了空调的负担，实现了良好的节能效果。在冬季由于气温较低同时太阳光照不强，达不到二氧化钒的相变温度，二氧化钒薄膜2基本不阻止阳光中的红外区的辐射能量进入室内，自动变色聚碳酸酯板3中的溴化银也极少分解，使得自动变色聚碳酸酯板呈现无色透明状，使得冬日温暖阳光中的能量几乎都内进入室内。在室内开始供暖，温度上升达到相变温度时二氧化钒发生相变，二氧化钒薄膜3将室内低温物体发出的红外辐射反射回室内从而有效的减少了室内热量通过窗玻璃向外散失，从而达到良好的节能效果。由上述可知本实用新型可有效的实现自动温度调节，真正做到冬暖夏凉，同时具有良好的节能效果。除了用作建筑上的窗玻璃、外墙玻璃外，还是很好的车窗玻璃材料。作为车窗玻璃，聚碳酸酯的透光率可达89%以上，可与玻璃的透光率相媲美。与等体积玻璃材质相比，聚碳酸酯车窗净重仅为其重量的50%，而尽管PC密度仅为玻璃的50%，但该材料抗冲击性能却十分出众，悬臂梁缺口冲击强度为600～900J/m。本智能玻璃除了继承了聚碳酸酯本身的优良性能，还能达到良好的自动调温的节能功能，除此外由于自动变色聚碳酸酯板3的存在，还大大减轻了强光对车内驾驶员眼睛的刺激，从而大大提高了驾驶的安全性。

图2所示为本实用新型的第二种实施方式。其具体方式如下：在上层透明聚碳酸酯板1的下表面沿其边线设置有一圈密封条5，密封条5的材质为透明聚碳酸酯，密封条5的上下两面通过抗UV无影分别粘合在上层透明聚碳酸酯板1和下层自动变色聚碳酸酯板3上，由此在上层透明聚碳酸酯板1和下层自动变色聚碳酸酯板3之间形成一空腔4，在空腔4的上下两面上通过磁控溅射的方式分别镀上二氧化钒薄膜2，并且空腔4被抽成真空状态。由上层透明碳酸酯板1、密封条5、二氧化钒薄膜3、空腔4及下层自动变色聚碳酸酯板3组成层叠结构的自动变色调温的智能玻璃。本实施方式中除了实现实施方式一中的各种功能外，由于二氧化钒薄膜由一层变为两层，使得其对红外区辐射能量的调节能力得到了加强，真空腔体4的存在不仅使得二氧化钒薄膜避免了因长期接触空气而被氧化，而且还减低了由于二氧化钒相变时体积的变化而产生的应力，使得内应力对智能玻璃强度的影响降低。同时由于真空腔体4的存在阻隔了热量的传导使得本实施方式中的智能玻璃由于传导方式散失的热量大大降低，并且真空腔体4还能有效的阻隔声波的传播，从而降低了噪音的影响。综上所述，本实施方式不仅提高了自动调温的智能玻璃的调温、节能功效，同时降低了噪音的影响，给人们的生活带来更完美的生活体验。空腔4内还可以充入干燥的氩气或氮气，更好的避免了二氧化钒的氧化。

以上已对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不局限于本文所描述具体实施方式。本领域技术人员理解，在不背离本实用新型范围的情况下，可以作出其他更改和变形。本实用新型的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种自动变色调温的智能玻璃，其特征在于由一层或多层透光材料层与至少一层二氧化钒薄膜及至少一层自动变色聚碳酸酯板组成的层叠结构的组合体。

2.根据权利要求1所述一种自动变色调温的智能玻璃，其特征在于所述层叠结构从上到下依次为透光材料层、二氧化钒薄膜、自动变色聚碳酸酯板。

3.根据权利要求2所述一种自动变色调温的智能玻璃，其特征在于二氧化钒薄膜膜厚为50nm。

4.根据权利要求1所述一种自动变色调温的智能玻璃，其特征在于在所述层叠结构中包含一空腔，空腔的内外两面均设置有二氧化钒薄膜。

5.根据权利要求4所述一种自动变色调温的智能玻璃，其特征在于所述空腔可以为真空，也可以在空腔内充入干燥的氩气或氮气。

6.根据权利要求1-5任一项所述一种自动变色调温的智能玻璃，其特征在于所述透光材料层为聚碳酸酯板。