一种智能动态颜色可调节Low‑E玻璃的制作方法

文档序号:11194804
一种智能动态颜色可调节Low‑E玻璃的制造方法与工艺

本发明涉及一种Low-E玻璃。



背景技术:

随着能源问题的日益严峻,节能减排已受到人们的广泛关注。我国建筑能耗量逐年上升,目前已占全国总能耗的32%。为了减少能源的消耗,低碳经济模式已在我国展开实施,建筑节能是低碳经济模式的重要组成部分之一。门窗在建筑能耗中的损失高达51%,通过提高门窗上玻璃的隔热保温效果,可以降低建筑能耗,目前我国的节能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃(低辐射玻璃)及贴膜玻璃等,其中Low-E玻璃覆盖率较广。

以介质层/金属/介质层构成的多层复合Low-E玻璃是目前世界上使用最为广泛的低辐射玻璃,其膜层材料通常采用真空磁控溅射法制得。金属层多选用银作为反射材料,介质层则具有多样性,如SiO2、TiO2、SnO2等,可起到减反、增透的作用,还可防止金属层被氧化、腐蚀等。其中SiO2膜密度为2.1g/cm3,折射率较小,抗磨且耐腐蚀,是一种重要的介质膜。然而,这种低辐射玻璃辐射态固定、颜色固定、无法根据周围气候环境变化及个人需要进行人为调节。因此现有Low-E玻璃辐射率值固定,范围在0.1-0.3之间,颜色单一不能任意调控。



技术实现要素:

本发明目的是要解决现有Low-E玻璃辐射率值固定,颜色单一不能任意调控的问题,而提供一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃。

一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃,它利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且智能动态颜色可调节Low-E玻璃的四周利用固化胶密封,所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置。

本发明优点:

一、本发明一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃发展前景广阔,具有颜色动态可调节的Low-E玻璃可以满足人们的个性化需求,可根据用户的需要自行调节。

二、本发明改变Low-E玻璃介质层、反射层的形貌,实现电致变色与低辐射玻璃的双重结合。实施方案简单易行,实用性强。

三、当本发明一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃施加的恒定电压在-0.2~-1.0V时,随着沉积时间的增加,玻璃可从粉色过渡为蓝色。当施加反向电压,将逐渐褪色为无色。当本发明一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃施加恒定电压在-1.2~-2.0V时,随着沉积时间的增加,玻璃可从黄色过渡红色再转变为粉色,施加反向电压后,会逐渐褪色为无色。因此本发明一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃是实现动态颜色可调节的Low-E玻璃。

四、本发明解决现有Low-E玻璃辐射率值不能任意调控,且不能实现动态颜色调节的问题,本发明利用贵金属纳米粒子的LSPR性能调控辐射率的方法,其辐射率调节范围为0.10~0.30,且引入SiO2有序单层薄膜提高了玻璃的使用寿命和可见光波段透过率,循环寿命:从10圈提高到1000圈,可见光波段透过率达到80%。

附图说明

图1是本发明一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃结构示意图,图中1表示干净ITO玻璃,2表示电解质层薄膜,3表示附着SiO2有序单层膜ITO玻璃,3-1表示SiO2有序单层膜;

图2是本发明一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃着色后结构示意图,图中1表示干净ITO玻璃,2表示电解质层薄膜,3表示附着SiO2有序单层膜ITO玻璃,3-1表示SiO2有序单层膜;3-2表示纳米银层。

具体实施方式

具体实施方式一:本实施方式是一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃,它利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且智能动态颜色可调节Low-E玻璃的四周利用固化胶密封,所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置。

由于贵金属纳米材料特殊的表面等离子体共振性质,通过控制贵金属纳米材料的尺寸形貌可以控制其宏观颜色发生变化。本实施方式在Low-E玻璃的基础上,改变玻璃表面金属层的微观形貌,并引入单层纳米SiO2为模板,在基底上沉积贵金属纳米颗粒,制作成具有动态颜色可调控的Low-E玻璃。贵金属颗粒由于特殊的表面等离子体共振性质,通过控制其微观形貌即可控制玻璃颜色,同时由于其在红外波段具有较强的反射性能,可满足辐射率变化的要求。SiO2层的引入不仅可以作为Low-E玻璃的介质层,还可以减少反射、提高可见光的透射率,同时单层SiO2模板形成的微观结构可以防止贵金属层在反复变色过程中,由于溶解/沉积不完全而造成的大面积聚集,提高使用寿命。引入单层SiO2模板后,玻璃颜色不仅更加清晰透彻,同时玻璃的循环性能也将大幅提高。此类玻璃可根据人们对周围气候环境变化及个人需求自行调控。

本实施方式一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃发展前景广阔,具有颜色动态可调节的Low-E玻璃可以满足人们的个性化需求,可根据用户的需要自行调节。

本实施方式改变Low-E玻璃介质层、反射层的形貌,实现电致变色与低辐射玻璃的双重结合。实施方案简单易行,实用性强。

当本实施方式一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃施加的恒定电压在-0.2~-1.0V时,随着沉积时间的增加,玻璃可从粉色过渡为蓝色。当施加反向电压,将逐渐褪色为无色。当本实施方式一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃施加恒定电压在-1.2~-2.0V时,随着沉积时间的增加,玻璃可从黄色过渡红色再转变为粉色,施加反向电压后,会逐渐褪色为无色。因此本实施方式一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃是实现动态颜色可调节的Low-E玻璃。

具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:所述的附着SiO2有序单层膜ITO玻璃是按以下步骤制备的:

①、依次利用甲醇、丙酮和超纯水对ITO玻璃进行超声清洗,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

②、将粒径为50nm~600nm的二氧化硅微球分散于乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液中,得到含二氧化硅微球分散液,将含二氧化硅微球分散液滴于水表面,静置至二氧化硅微球完全铺展于水表面;所述粒径为50nm~600nm的二氧化硅微球的质量与乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液的体积比为0.02g:(1~100)mL;所述含二氧化硅微球分散液与水的体积比(1~3):100;

③、利用干净ITO玻璃、以干净ITO玻璃导电一侧在上形式捞起铺展于水表面的二氧化硅微球,烘干,得到附着SiO2有序单层膜ITO玻璃。

其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式二的不同点是:步骤①中依次利用甲醇、丙酮和超纯水对ITO玻璃进行超声清洗具体过程如下:先利甲醇进行超声清洗,超声清洗20min~40min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗20min~40min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗20min~40min。其他与具体实施方式二相同。

具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式二或三之一不同点是:步骤②中所述乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液按体积份数由20~31份乙醇、30~34份丙酮、15~39份甲醇和14~22份水混合而成。其他与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式二至四之一不同点是:步骤③中所述烘干具体过程如下:在室温下干燥30min~60min,然后在温度为60℃下干燥1h。其他与具体实施方式二至四相同。

具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是:所述的电解质层薄膜厚度为(0.1~0.5)mm。其他与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是:所述的电解质层薄膜是按以下步骤制备的:

(1)、将聚乙烯醇缩丁醛粉末溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,得到聚乙烯醇缩丁醛/N,N-二甲基甲酰胺溶液,然后加入硝酸钾、溴化锂、柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮,在温度为60℃下加热30min~60min,得到混合液,将混合液均匀涂覆在聚四氟乙烯基底表面,在温度为-10℃下冷却至形成凝胶状薄膜,与聚四氟乙烯基底分离,得到凝胶状薄膜;所述聚乙烯醇缩丁醛粉末的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(0.1~3.5)g:(5~500)mL;所述混合液中聚乙烯醇缩丁醛与硝酸钾的质量比为(0.1~3.5):(0.1~10);所述混合液中聚乙烯醇缩丁醛与溴化锂的质量比为(0.1~3.5):(0.2×10-2~0.5×10-1);所述混合液中聚乙烯醇缩丁醛与柠檬酸的质量比为(0.1~3.5):(0.1×10-3~3.5×10-2);所述混合液中聚乙烯醇缩丁醛与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(0.1~3.5):(0.1×10-3~2.5×10-2);

(2)、将凝胶状薄膜浸入硝酸银水溶液中,浸泡12h~16h,取出后沥干,得到电解质层薄膜;所述硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为0.01mol/L~10.0mol/L。

其他与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是:所述的干净ITO玻璃是按以下步骤得到的:依次利用甲醇、丙酮和超纯水对ITO玻璃进行超声清洗,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃。其他与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式八的不同点是:所述依次利用甲醇、丙酮和超纯水对ITO玻璃进行超声清洗具体过程如下:先利甲醇进行超声清洗,超声清洗20min~40min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗20min~40min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗20min~40min。其他与具体实施方式八相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容,其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

采用下述试验验证本发明效果

实施例1:一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃,它利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且智能动态颜色可调节Low-E玻璃的四周利用固化胶密封,所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置;所述的电解质层薄膜厚度为0.5mm。

所述一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃是按以下步骤制备的:

一、制备附着SiO2有序单层膜ITO玻璃:

①、对ITO玻璃先利甲醇进行超声清洗,超声清洗20min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗20min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗20min,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

②、将粒径为100nm的二氧化硅微球分散于乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液中,得到含二氧化硅微球分散液,将10mL含二氧化硅微球分散液滴于500mL水表面,静置至二氧化硅微球完全铺展于水表面(静置20min);所述粒径为100nm的二氧化硅微球的质量与乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液的体积比为0.02g:50mL;所述乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液按体积份数由23份乙醇、34份丙酮、39份甲醇和14份水混合而成;

③、利用干净ITO玻璃、以干净ITO玻璃导电一侧在上形式捞起铺展于水表面的二氧化硅微球,先在室温下干燥60min,然后在温度为60℃下干燥1h,得到附着SiO2有序单层膜ITO玻璃;

二、制备电解质层薄膜:

(1)、将0.2g聚乙烯醇缩丁醛粉末溶解于100mL N,N-二甲基甲酰胺中,得到聚乙烯醇缩丁醛/N,N-二甲基甲酰胺溶液,然后加入2.3g硝酸钾、0.9×10-2g溴化锂、1.3×10-3g柠檬酸和2.0×10-2g聚乙烯吡咯烷酮,在温度为60℃下加热60min,得到混合液,将混合液均匀涂覆在聚四氟乙烯基底表面,在温度为-10℃下冷却至形成凝胶状薄膜(冷却10min),与聚四氟乙烯基底分离,得到凝胶状薄膜;

(2)、将凝胶状薄膜浸入硝酸银水溶液中,浸泡12h,取出后沥干,得到电解质层薄膜;所述硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为2.4mol/L;

三、清洗:对ITO玻璃先利甲醇进行超声清洗,超声清洗20min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗20min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗20min,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

四、组装:利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且四周利用固化胶密封,即得到智能动态颜色可调节Low-E玻璃;所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置。

在实施例1制备的智能动态颜色可调节Low-E玻璃两端施加电压-1.7V,时间为50S,此时玻璃将呈现黄色的着色态,辐射率为0.20,继续沉积至100S时,玻璃将从黄色转变为红色着色态,此时辐射率为0.18;当施加反向电压1.2V,时间为20S,颜色将从红色变为黄色最后呈现无色的褪色态,其辐射率为0.29。

实施例2:一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃,它利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且智能动态颜色可调节Low-E玻璃的四周利用固化胶密封,所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置;所述的电解质层薄膜厚度为0.2mm。

所述一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃是按以下步骤制备的:

一、制备附着SiO2有序单层膜ITO玻璃:

①、对ITO玻璃先利甲醇进行超声清洗,超声清洗30min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗30min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗30min,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

②、将粒径为150nm的二氧化硅微球分散于乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液中,得到含二氧化硅微球分散液,将10mL含二氧化硅微球分散液滴于500mL水表面,静置至二氧化硅微球完全铺展于水表面(静置20min);所述粒径为150nm的二氧化硅微球的质量与乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液的体积比为0.02g:25mL;所述乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液按体积份数由20份乙醇、30份丙酮、39份甲醇和21份水混合而成;

③、利用干净ITO玻璃、以干净ITO玻璃导电一侧在上形式捞起铺展于水表面的二氧化硅微球,先在室温下干燥60min,然后在温度为60℃下干燥1h,得到附着SiO2有序单层膜ITO玻璃;

二、制备电解质层薄膜:

(1)、将2g聚乙烯醇缩丁醛粉末溶解于400mL N,N-二甲基甲酰胺中,得到聚乙烯醇缩丁醛/N,N-二甲基甲酰胺溶液,然后加入0.8g硝酸钾、1.5×10-2g溴化锂、6.0×10-3g柠檬酸和1.2×10-2g聚乙烯吡咯烷酮,在温度为60℃下加热60min,得到混合液,将混合液均匀涂覆在聚四氟乙烯基底表面,在温度为-10℃下冷却至形成凝胶状薄膜(冷却10min),与聚四氟乙烯基底分离,得到凝胶状薄膜;

(2)、将凝胶状薄膜浸入硝酸银水溶液中,浸泡12h,取出后沥干,得到电解质层薄膜;所述硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为2.0mol/L;

三、清洗:对ITO玻璃先利甲醇进行超声清洗,超声清洗30min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗30min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗30min,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

四、组装:利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且四周利用固化胶密封,即得到智能动态颜色可调节Low-E玻璃;所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置。

在实施例2制备的智能动态颜色可调节Low-E玻璃的两端施加电压-1.0V,时间为100S,玻璃将呈现粉色的着色态,此时其辐射率为0.17,继续沉积至300S时,玻璃变为紫色,当沉积时间增加至500S时,此时玻璃为蓝色着色态,辐射率为0.10;当施加反向电压1.0V,时间为120S,可观察到颜色将从蓝色褪至粉色最后呈现无色的褪色态,其辐射率为0.28。

实施例3:一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃,它利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且智能动态颜色可调节Low-E玻璃的四周利用固化胶密封,所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置;所述的电解质层薄膜厚度为0.3mm。

所述一种智能动态颜色可调节Low-E玻璃是按以下步骤制备的:

一、制备附着SiO2有序单层膜ITO玻璃:

①、对ITO玻璃先利甲醇进行超声清洗,超声清洗20min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗20min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗20min,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

②、将粒径为100nm的二氧化硅微球分散于乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液中,得到含二氧化硅微球分散液,将15mL含二氧化硅微球分散液滴于500mL水表面,静置至二氧化硅微球完全铺展于水表面(静置20min);所述粒径为100nm的二氧化硅微球的质量与乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液的体积比为0.02g:70mL;所述乙醇/丙酮/甲醇/水的混合溶液按体积份数由31份乙醇、32份丙酮、15份甲醇和22份水混合而成;

③、利用干净ITO玻璃、以干净ITO玻璃导电一侧在上形式捞起铺展于水表面的二氧化硅微球,先在室温下干燥60min,然后在温度为60℃下干燥1h,得到附着SiO2有序单层膜ITO玻璃;

二、制备电解质层薄膜:

(1)、将3.2g聚乙烯醇缩丁醛粉末溶解于400mL N,N-二甲基甲酰胺中,得到聚乙烯醇缩丁醛/N,N-二甲基甲酰胺溶液,然后加入1.3g硝酸钾、1.8×10-2g溴化锂、5.3×10-3g柠檬酸和2.4×10-3g聚乙烯吡咯烷酮,在温度为60℃下加热60min,得到混合液,将混合液均匀涂覆在聚四氟乙烯基底表面,在温度为-10℃下冷却至形成凝胶状薄膜(冷却10min),与聚四氟乙烯基底分离,得到凝胶状薄膜;

(2)、将凝胶状薄膜浸入硝酸银水溶液中,浸泡12h,取出后沥干,得到电解质层薄膜;所述硝酸银水溶液中硝酸银的浓度为5.4mol/L;

三、清洗:对ITO玻璃先利甲醇进行超声清洗,超声清洗30min,然后利用丙酮进行超声清洗,超声清洗30min,最后利用超纯水进行超声清洗,超声清洗30min,然后用氮气吹干,得到干净ITO玻璃;

四、组装:利用附着SiO2有序单层膜ITO玻璃、电解质层薄膜和干净ITO玻璃按三明治结构组装而成,且四周利用固化胶密封,即得到智能动态颜色可调节Low-E玻璃;所述智能动态颜色可调节Low-E玻璃中电解质层薄膜放置附着SiO2有序单层膜ITO玻璃和干净ITO玻璃中间,且附着SiO2有序单层膜ITO玻璃的附着SiO2有序单层膜一侧与干净ITO玻璃的导电一侧对向放置。

在实施例3制备的智能动态颜色可调节Low-E玻璃的两端施加电压-1.3V,时间为100S时,玻璃将呈现红色的着色态,辐射率为0.17,继续沉积至200S时,玻璃将从红色过渡到粉色,当沉积时间为400S时,玻璃转变为紫色,此时辐射率为0.13。;当施加反向电压1.3V,时间为80S,颜色将从紫色褪至红色最后呈现无色的褪色态,辐射率为0.28。

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