一种内悬电致变色智能薄膜的中空玻璃系统的制作方法

本发明涉及一种节能门窗玻璃。

具体地说，是涉及一种内悬电致变色智能薄膜的中空玻璃系统。

背景技术

建筑节能是当今环保领域关注的重点问题，建筑能耗已占据人类社会总能耗的30%以上，其中通过门窗玻璃流失的能耗占据建筑总能耗的50%以上。因此，开发新型节能门窗玻璃材料，已成为降低建筑能耗最为有效的解决方法。通过两片玻璃（包括low-e低辐射镀膜玻璃）形成中空玻璃结构，利用空腔的隔热效应提高玻璃门窗的保温效果。

随着现代建筑对节能要求的不断提高，单腔中空玻璃的隔热效果已越来越难于满足实际需求。由此，双空腔（三玻两腔）或三空腔（四玻三腔）结构的多腔中空玻璃开始得到应用，其节能效果与单腔中空玻璃相比有了显著提高。然而，多腔中空玻璃由于采用了三片以上的玻璃，玻璃门窗和幕墙的重量会显著增加，支撑玻璃幕墙所需的钢筋、混凝土等建筑材料的消耗将大幅增加，降低能耗的同时却增加了资源的消耗。

上世纪八九十年代，瑞士科学家发明了内悬膜中空玻璃，用塑料隔热膜替代多腔中空玻璃的中间玻璃，通过内悬一片或两片隔热膜，可以获得与三玻两腔、四玻三腔玻璃相当的节能效果，并且有效避免了玻璃整体重量的增加。

伟视幕墙有限公司在瑞士内悬膜技术的基础上，成功实现了内悬膜中空玻璃系统的批量化生产与商业应用，相关技术在中国专利cn103498624b、cn103498622a、cn204451212u中公开。

现有内悬膜中空玻璃技术仍采用传统的低辐射隔热膜，虽然对太阳紫外和红外波段辐射具有优异的调控阻隔性能，但是对太阳可见光辐射的调控能力不足。隔热膜系一般对可见光具有高透光率，要调节阳光亮度只能采用深色基材薄膜，但如果基材颜色过深会影响室内采光性，颜色过浅遮光效果又不明显。

目前，柔性电致变色薄膜仍处于研究和小尺寸产品应用阶段，大尺寸柔性电致变色薄膜的批量制备问题仍未解决。

中国专利cn102540610a公开了一种柔性电致变色膜，其电致变色膜层采用聚合物材料，电解质层采用吸附液体电解质的多孔薄膜组成。该技术方案的问题：有机电致变色材料与液体电解质都存在稳定性不足的问题，同时也难于制备大尺寸电致变色窗膜。

中国专利cn104932168a和cn103969904a分别公开了一种柔性电致变色器件，涉及无机和有机电致变色材料，但是电解质采用液体电解质，仍然存在稳定性和大尺寸制备困难的问题。

中国专利cn105573001a公开了一种柔性电致变色薄膜，主要涉及一种银纳米线和氧化钨纳米线共组装的纳米线电致变色膜层，其电致变色器件技术方案所提供的电解质为聚合物固体电解质。该技术方案的问题：纳米线电致变色层难于实现大面积均匀生产，同时聚合物固态电解质电致变色响应速度较慢。

此外，上述柔性电致变色薄膜相关专利均没有涉及作为节能门窗的窗膜应用，也没有提供薄膜对于不同波段太阳辐射能量的阻隔率数据，所以无法评估这些薄膜应用于建筑玻璃窗的节能效果。同时电致变色薄膜应用于节能窗膜，还普遍存在透明状态下红外辐射阻隔率较低的问题，这会降低电致变色薄膜的节能效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种内悬电致变色智能薄膜的中空玻璃系统。

本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：一种内悬电致变色智能薄膜的中空玻璃系统，该中空玻璃系统为层状复合结构，所述层状复合结构依次包括：

1）外层玻璃；

2）柔性电致变色智能薄膜；

3）内层玻璃；

以及固定连接各层边缘的内悬膜固定框；所述外层玻璃和所述内层玻璃分别与所述柔性电致变色智能薄膜之间隔有空气层，所述柔性电致变色智能薄膜至少为一层；所述柔性电致变色薄膜电连接有电气控制接线，所述电气控制接线穿过所述内悬膜固定框并延伸到所述内悬膜固定框外。

作为一种改进，所述外层玻璃为普通建筑玻璃或者低辐射镀膜玻璃。

作为进一步的改进，所述内层玻璃为普通建筑玻璃或者低辐射镀膜玻璃。

作为进一步的改进，所述柔性电致变色智能薄膜为层状复合结构，依次包括：

1)柔性基材薄膜；

2)第一透明导电层；

3)电致变色功能层；

4)离子电解质层；

5)离子存储层；

6)第二透明导电层。

作为进一步的改进，所述柔性基材薄膜为聚合物薄膜；所述聚合物薄膜为光学级的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或者聚酰亚胺薄膜或者聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜或者聚乙烯薄膜或者聚丙烯薄膜或者尼龙薄膜。

作为进一步的改进，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层为透明导电材料薄膜；所述透明导电材料膜为氧化铟锡薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜、镓掺杂氧化锌薄膜、锑掺杂氧化锡薄膜、氟掺杂氧化锡薄膜、纳米金属网格薄膜、纳米银线薄膜的任意一种或者上述薄膜中的多种依次叠加构成。

作为进一步的改进，所述电致变色功能层为阴极电致变色氧化物薄膜；所述阴极电致变色氧化物薄膜为氧化钨薄膜、氧化钒薄膜、氧化铌薄膜、氧化钛薄膜、氧化铋薄膜的任意一种或者上述薄膜中的多种依次叠加构成。

作为进一步的改进，所述离子电解质层为锂离子化合物薄膜；所述锂离子化合物薄膜为钽酸锂薄膜、钴酸锂薄膜、锰酸锂薄膜、磷酸锂薄膜、钛酸锂薄膜的任意一种。

作为进一步的改进，所述离子存储层为阳极电致变色氧化钨薄膜；所述阳极电致变色氧化钨薄膜为氧化镍薄膜、氧化铱薄膜、氧化铑薄膜的任意一种。

作为进一步的改进，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的可见光透光率大于等于90%，方阻小于等于20ω/□。

作为进一步的改进，所述电致变色功能层的厚度在200-500nm。

作为进一步的改进，所述离子电解质层的厚度在500-1500nm。

作为进一步的改进，所述离子存储层的厚度在100-200nm。

作为进一步的改进，所述柔性电致变色智能薄膜的厚度在50-500μm，宽度在1.2-2.4m。

由于采用了上述技术方案，一种内悬电致变色智能薄膜的中空玻璃系统，该中空玻璃系统为层状复合结构，所述层状复合结构依次包括：1）外层玻璃；2）柔性电致变色智能薄膜；3）内层玻璃；以及固定连接各层边缘的内悬膜固定框；所述外层玻璃和所述内层玻璃分别与所述柔性电致变色智能薄膜之间隔有空气层，所述柔性电致变色智能薄膜至少为一层；所述柔性电致变色薄膜电连接有电气控制接线，所述电气控制接线穿过所述内悬膜固定框并延伸到所述内悬膜固定框外。

与现有技术相比，本发明的优点是：所述柔性电致变色智能薄膜的设置与现有双层中空玻璃相比重量没有显著增加，节能效果提高50%以上；与现有三玻两腔、四玻三腔中空玻璃相比，节能效果接近，但重量减轻30%-50%；通过所述电气控制线通电或者不通电可以改变所述柔性电致变色智能薄膜的隔热系数，可以根据需要而调节。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图。

附图2是本发明的另一种结构示意图。

附图3是本发明中柔性电致变色智能薄膜的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：如附图1、附图3所示，一种内悬电致变色智能薄膜的中空玻璃系统，该中空玻璃系统为层状复合结构，所述层状复合结构依次包括：

1）外层玻璃1；所述外层玻璃1为普通建筑玻璃；

2）柔性电致变色智能薄膜2；所述柔性电致变色智能薄膜2为层状复合结构，依次包括：柔性基材薄膜21；第一透明导电层22；电致变色功能层23；离子电解质层24；离子存储层25；第二透明导电层26。

3）内层玻璃3；所述内层玻璃3为普通建筑玻璃；

所述普通建筑玻璃为普通透明白玻璃；以及固定连接各层边缘的内悬膜固定框4；所述外层玻璃1和所述内层玻璃3分别与所述柔性电致变色智能薄膜2之间隔有空气层，所述柔性电致变色智能薄膜2为一层；所述柔性电致变色智能薄膜2电连接有电气控制接线5，所述电气控制接线5穿过所述内悬膜固定框4并延伸到所述内悬膜固定框4外。通过所述电气控制线5通电或者不通电可以改变所述柔性电致变色智能薄膜2的隔热系数，用户可以根据需要选择通电或者不通电。

所述柔性基材薄膜21为聚合物薄膜；所述聚合物薄膜为光学级的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或者聚酰亚胺薄膜或者聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜或者聚乙烯薄膜或者聚丙烯薄膜或者尼龙薄膜；所述聚合物薄膜的透光率>90%。

所述第一透明导电层22和所述第二透明导电层26为透明导电材料薄膜；所述透明导电材料膜为氧化铟锡（ito）薄膜、铝掺杂氧化锌(azo)薄膜、镓掺杂氧化锌（gzo）、锑掺杂氧化锡(ato)薄膜、氟掺杂氧化锡（fto）薄膜、纳米金属网格薄膜膜、纳米银线薄膜的任意一种。

所述铝掺杂氧化锌(azo)薄膜、镓掺杂氧化锌（gzo）、锑掺杂氧化锡(ato)薄膜、氟掺杂氧化锡（fto）薄膜等的掺杂比例为业内公知技术，不再赘述。

所述电致变色功能层23为阴极电致变色氧化物薄膜；所述阴极电致变色氧化物薄膜为氧化钨薄膜、氧化钒薄膜、氧化铌薄膜、氧化钛薄膜、氧化铋薄膜的任意一种。

所述离子电解质层24为锂离子化合物薄膜；所述锂离子化合物薄膜为钽酸锂薄膜、钴酸锂薄膜、锰酸锂薄膜、磷酸锂薄膜、钛酸锂薄膜的任意一种。

所述离子存储层25为阳极电致变色氧化钨薄膜；所述阳极电致变色氧化钨薄膜为氧化镍薄膜、氧化铱薄膜、氧化铑薄膜的任意一种。

所述第一透明导电层22和所述第二透明导电层26的可见光透光率为92%，方阻为15ω/□。

所述电致变色功能层23的厚度在280nm。所述离子电解质层24的厚度在600nm。所述离子存储层25的厚度在100nm。所述柔性电致变色智能薄膜2的厚度在51μm，宽度在1.2m。

采用厚度为50μm、透光率≥90%、雾度≤0.5%的光学聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜为柔性基材薄膜21，按照如下工艺步骤制备所述柔性电致变色智能薄膜2：

步骤一：对柔性基材薄膜21苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜进行等离子体表面清洗与活化处理。

步骤二：采用卷对卷磁控溅射工艺，在聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）表面直流溅射氧化铟锡（ito）第一透明导电层22；氧化铟锡（ito）薄膜层厚度100nm，可见光透光率92%，方阻15ω/□。

步骤三：在氧化铟锡（ito）薄膜表面，进一步采用氧化钨靶材，中频溅射氧化钨（wo3）电致变色功能层23，膜层厚度280nm。

步骤四：在氧化钨（wo3）薄膜表面，进一步采用卷对卷磁控溅射工艺，以钽酸锂（litao3）陶瓷为靶材，射频溅射制备钽酸锂（litao3）固态电解质薄膜，形成离子电解质层24，膜厚为600nm。

步骤五：在离子电解质层24表面，进一步采用氧化镍（nio）靶材射频溅射制备氧化镍（nio）离子存储层25，膜层厚度100nm。

步骤六：在氧化镍（nio）薄膜表面，继续采用磁控溅射工艺制备氧化镍（nio）顶电极，形成第二透明导电层26，膜层厚度100nm。

获得上述柔性电致变色智能薄膜2之后，按照如下工艺步骤制备内悬柔性电致变色智能薄膜2的中空玻璃系统：

步骤一：外层玻璃1采用普通透明白玻璃，厚度为6mm。

步骤二：内层玻璃3采用普通透明白玻璃，厚度为6mm。

步骤三：两片玻璃之间的空腔厚度为12mm，空腔的中间内悬一片柔性电致变色智能薄膜2，形成两个6mm厚的空腔。

步骤四：柔性电致变色智能薄膜的内悬，通过所述内悬膜固定框4固定，并引出电气接线，所述内悬膜固定框4将空腔两端进行密封隔热密封。当然，也可以通过单独添加密封隔热条将空腔两端密封。

实验发现，上述内悬柔性电致变色智能薄膜中空玻璃的隔热系数（u值）为1.41w/m²·k，相同条件未使用内悬膜的中空玻璃的隔热系数为2.75w/m²·k。

实施例二：如附图2、附图3所示，本实施例中所述外层玻璃1为低辐射镀膜玻璃；所述内层玻璃3为低辐射镀膜玻璃，所述低辐射镀膜玻璃为低辐射low-e镀膜玻璃。所述柔性电致变色智能薄膜2为两层；所述第一透明导电层22和所述第二透明导电层26的可见光透光率为90%，方阻为10ω/□。所述电致变色功能层23的厚度在500nm。所述离子电解质层24的厚度在1500nm。所述离子存储层25的厚度在200nm。所述柔性电致变色智能薄膜2的厚度在40μm，宽度在2.4m。本实施例中其余部分与实施例1相同。

采用厚度为38μm、透光率≥90%、雾度≤0.5%的光学聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜为柔性基材薄膜21，按照如下工艺步骤制备柔性电致变色智能薄膜：

步骤一：对柔性基材薄膜21聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜进行等离子体表面清洗与活化处理。

步骤二：聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜基材表面，采用卷对卷磁控溅射工艺，直流溅射氧化铟锡（ito）第一透明导电层22。氧化铟锡（ito）膜层厚度150nm，可见光透光率90%，方阻10ω/□。

步骤三：在氧化铟锡（ito）薄膜表面，进一步采用金属钨靶材，通入氩ar与氧气o2混合气体，直流反应溅射氧化钨（wo3）电致变色功能膜层，膜层厚度500nm。

步骤四：在氧化钨（wo3）薄膜表面，进一步采用卷对卷真空蒸镀工艺，制备钽酸锂（litao3）离子电解质层24，膜厚为1500nm。

步骤五：在电解质薄膜表面，进一步采用氧化镍（nio）靶材射频溅射制备氧化镍（nio）固态电解质薄膜，形成离子电解质层24，膜层厚度200nm。

步骤六：在氧化镍（nio）薄膜表面，继续采用磁控溅射工艺制备氧化镍（nio）顶电极，形成第二透明导电层26，膜层厚度150nm。

获得上述柔性电致变色智能薄膜2之后，按照如下工艺步骤制备内悬柔性电致变色智能薄膜2的中空玻璃系统：

步骤一：外片玻璃采用低辐射low-e镀膜玻璃，厚度为6mm；

步骤二：内片玻璃采用低辐射low-e镀膜玻璃，厚度为6mm；

步骤三：两片玻璃之间的空腔厚度为18mm，空腔的中间内悬两片柔性电致变色智能薄膜2，形成两个6mm厚的空腔；

步骤四：柔性电致变色智能薄膜的内悬，通过所述内悬膜固定框4固定，并引出电气接线，所述内悬膜固定框4将空腔两端进行密封隔热密封。当然，也可以通过单独添加密封隔热条将空腔两端密封。

实验发现，上述内悬柔性电致变色智能薄膜中空玻璃的隔热系数（u值）为0.70w/m²·k，相同条件未使用内悬膜的低辐射low-e镀膜中空玻璃的隔热系数为1.79w/m²·k。

实施例三：如附图1、附图3所示，本实施例中，所述透明导电材料膜为氧化铟锡（ito）薄膜、铝掺杂氧化锌(azo)薄膜、镓掺杂氧化锌（gzo）、纳米银线薄膜依次叠加构成；或者为锑掺杂氧化锡(ato)薄膜、氟掺杂氧化锡（fto）薄膜、纳米金属网格薄膜依次叠加构成；或者为氧化铟锡（ito）薄膜、锑掺杂氧化锡(ato)薄膜、纳米银线薄膜依次叠加构成，或者上述其它组合依次叠加构成均在本实施例保护范围中。

所述阴极电致变色氧化物薄膜为氧化钨薄膜、氧化钒薄膜、氧化铌薄膜依次叠加构成；或者氧化钛薄膜、氧化铋薄膜依次叠加构成；或者氧化钨薄膜、氧化钒薄膜、氧化钛薄膜依次叠加构成；或者上述其它组合依次叠加构成均在本实施例保护范围中。

所述第一透明导电层22和所述第二透明导电层26的可见光透光率90%，方阻20ω/□。

所述电致变色功能层23的厚度在350nm。所述离子电解质层24的厚度在1000nm。所述离子存储层25的厚度在120nm。所述柔性电致变色智能薄膜2的厚度在51μm，宽度在2m。

本实施例中其余部分与实施例1相同。

采用厚度为50μm、透光率≥90%、雾度≤0.5%的光学聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜为柔性基材薄膜21，按照如下工艺步骤制备所述柔性电致变色智能薄膜2：

步骤一：对柔性基材薄膜21聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜进行等离子体表面清洗与活化处理。

步骤二：聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）基材表面，采用卷对卷磁控溅射工艺，直流溅射氧化铟锡（ito）第一透明导电薄膜。氧化铟锡（ito）膜层厚度100nm，可见光透光率92%，方阻15ω/□。

步骤三：在氧化铟锡（ito）薄膜表面，进一步采用金属钨靶材，直流反应溅射氧化钨（wo3）电致变色功能膜层，膜层厚度350nm。

步骤四：在氧化钨（wo3）薄膜表面，进一步采用卷对卷真空蒸镀工艺，制备钽酸锂（litao3）固态电解质薄膜，形成离子电解质层24，膜厚为1000nm。

步骤五：在电解质薄膜表面，进一步采用氧化镍（nio）靶材射频溅射制备氧化镍（nio）离子存储层25，膜层厚度120nm。

步骤六：在氧化镍（nio）薄膜表面，继续采用磁控溅射工艺制备氧化铟锡（ito）顶电极，膜层厚度100nm。

获得上述柔性电致变色智能薄膜2之后，按照如下工艺步骤制备内悬柔性电致变色智能薄膜2的中空玻璃系统：

步骤一：外层玻璃采用低辐射low-e镀膜玻璃，厚度为6mm；

步骤二：内层玻璃3采用低辐射low-e镀膜玻璃，厚度为6mm；

步骤三：两层玻璃之间的空腔厚度为12mm，空腔的中间内悬一片柔性电致变色智能薄膜，形成两个6mm厚的空腔；

步骤四：柔性电致变色智能薄膜的内悬，通过所述内悬膜固定框4固定，并引出电气接线，所述内悬膜固定框4将空腔两端进行密封隔热密封。当然，也可以通过单独添加密封隔热条将空腔两端密封。

实验发现，上述内悬柔性电致变色智能薄膜中空玻璃的隔热系数（u值）为1.12w/m²·k，相同条件未使用内悬膜的low-e中空玻璃的隔热系数为1.79w/m²·k。

实施例四：如附图2、附图3所示，本实施中所述柔性电致变色智能薄膜2为两层；所述透明导电材料膜为氧化铟锡（ito）薄膜、铝掺杂氧化锌(azo)薄膜依次叠加构成；或者为锑掺杂氧化锡(ato)薄膜、氟掺杂氧化锡（fto）薄膜依次叠加构成；或者为镓掺杂氧化锌（gzo）、纳米银线薄膜纳米银线薄膜依次叠加构成，或者为氧化铟锡薄膜、锑掺杂氧化锡(ato)薄膜、纳米金属网格薄膜依次叠加构成，或者上述其它组合依次叠加构成均在本实施例保护范围中。

所述阴极电致变色氧化物薄膜为氧化钨薄膜、氧化钒薄膜、氧化铌薄膜依次叠加构成；或者氧化钛薄膜、氧化铋薄膜依次叠加构成；或者氧化钨薄膜、氧化钒薄膜、氧化钛薄膜依次叠加构成；或者上述其它组合依次叠加构成均在本实施例保护范围中。

所述第一透明导电层22和所述第二透明导电层26的可见光透光率93%，方阻18ω/□。

所述电致变色功能层23的厚度在200nm。所述离子电解质层24的厚度在500nm。所述离子存储层25的厚度在100nm。所述柔性电致变色智能薄膜2的厚度在500μm，宽度在1.8m。

本实施例中其余部分与实施例1相同。

采用厚度为499μm、透光率≥90%、雾度≤0.5%的光学聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜为柔性基材薄膜21，按照如下工艺步骤制备柔性电致变色智能薄膜：

步骤一：对柔性基材薄膜21聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜进行等离子体表面清洗与活化处理。

步骤二：聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜基材表面，采用卷对卷磁控溅射工艺，直流溅射氧化铟锡（ito）第一透明导电层22。氧化铟锡（ito）膜层厚度100nm，可见光透光率90%，方阻10ω/□。

步骤三：在氧化铟锡（ito）薄膜表面，进一步采用金属钨靶材，通入氩ar与氧气o2混合气体，直流反应溅射氧化钨（wo3）电致变色功能膜层，膜层厚度200nm。

步骤四：在氧化钨（wo3）薄膜表面，进一步采用卷对卷真空蒸镀工艺，制备钽酸锂（litao3）固态电解质薄膜，形成离子电解质层24，膜厚为500nm。

步骤五：在电解质薄膜表面，进一步采用氧化镍（nio）靶材射频溅射制备氧化镍（nio）离子存储层25，膜层厚度100nm。

步骤六：在氧化镍（nio）薄膜表面，继续采用磁控溅射工艺制备氧化镍（nio）顶电极，形成第二透明导电层26，膜层厚度100nm。

获得上述柔性电致变色智能薄膜2之后，按照如下工艺步骤制备内悬柔性电致变色智能薄膜2的中空玻璃系统：

步骤一：外层玻璃1采用普通透明白玻璃，厚度为6mm。

步骤二：内层玻璃3采用普通透明白玻璃，厚度为6mm。

步骤三：两片玻璃之间的空腔厚度为18mm，空腔的中间内悬两片柔性电致变色智能薄膜，形成两个6mm厚的空腔；

步骤四：柔性电致变色智能薄膜的内悬，通过所述内悬膜固定框4固定，并引出电气接线，所述内悬膜固定框4将空腔两端进行密封隔热密封。当然，也可以通过单独添加密封隔热条将空腔两端密封。

实验发现，上述内悬柔性电致变色智能薄膜中空玻璃的隔热系数（u值）为1.17w/m²·k，相同条件未使用内悬膜的中空玻璃的隔热系数为2.75w/m²·k。

上述各个实施例中实验数据表如下：

本发明解决了现有柔性电致变色智能薄膜技术所存在的问题，包括稳定性不足、大尺寸制备困难、节能效果不够理想等，本发明还提供了一种柔性电致变色智能薄膜2的工艺方法，其中各层功能薄膜均采用高稳定性的固态无机材料，同时提供了一种适用于大尺寸连续生产的电致变色隔热窗膜卷对卷真空镀膜工艺，获得了透光率与颜色智能可控、高效阻隔太阳辐射、同时兼具防爆、防飞溅的柔性电致变色智能薄膜2。在此基础上，将柔性电致变色智能薄膜2内悬固定于中空玻璃中间，形成多腔结构中空玻璃节能系统。