智能温控膜与其的应用的制作方法

文档序号:11198066
智能温控膜与其的应用的制造方法与工艺

本发明涉及材料领域,具体而言,涉及一种智能温控膜与其的应用。



背景技术:

窗膜在汽车和建筑领域已经广泛应用。然而,传统窗膜一旦产品成型就无法改变其物理性质,无法根据外界条件自动调节隔热率,在寒冷的冬季,人们需要更多的热量入射到室内,显然传统的窗膜无法达到这样的效果。为了获得节能效果更好的窗膜,研究人员把目光转向智能温控窗膜,这种窗膜可以通过外界温度的改变来调节其透光率,是一种具有实际应用价值的窗膜。

华中科技大学发明了一种智能调控复合膜玻璃(申请号为201010545724.6),该玻璃可以根据环境温度智能调节近红外的反射率,在高温环境下阻挡太阳热辐射,在低温环境透射太阳热辐射。周少波发明了一种相变型二氧化钒薄膜结构(申请号为201420160155.7),该薄膜结构在高温时具有反射红外光的功能,低温下具有透过红外光的功能,实现了温度的自动调节。

太阳热量主要集中在近红外区域,而上述智能温控窗膜在近红外区域不同温度下透过率变化不大,调温效果不明显。

本项目组也曾提出一种五层结构的智能温控窗膜(申请号为CN201410568704.9),该智能温控窗膜在近红外区域不同温度下透过率变化不大,调温效果不明显,并且该智能温控窗膜的中间层为金属层,金属层的化学性质活泼,容易被氧化,影响温控的效果,并且金属的价格昂贵,不利于该智能温控窗膜的生产成本的控制。



技术实现要素:

本发明的主要目的在于提供一种智能温控膜与其的应用,以解决现有技术中的智能温控膜在近红外区域不同温度时的调温效果差的问题。

为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种智能温控膜,该智能温控膜包括基材层与设置在上述基材层表面上的温控单元,上述温控单元包括:多个二氧化钒层与多个折射层,其中,各上述二氧化钒层的相变温度在20~40℃之间;折射层与上述二氧化钒层交替设置,各上述折射层的折射率小于上述二氧化钒层的折射率。

进一步地,各上述二氧化钒层掺杂有杂质离子,上述杂质离子的重量占上述二氧化钒层的重量的1%~5%。

进一步地,上述杂质离子为Nb、Mo与W中一种或多种。

进一步地,上述二氧化钒层的厚度在30~120nm之间。

进一步地,上述折射层的折射率在1.3~1.6之间,优选上述折射层为SiO2层或MgF2层。

进一步地,上述折射层的厚度在30~200nm之间。

进一步地,上述温控单元中上述二氧化钒层的个数与上述折射层的个数之和为20。

进一步地,上述温控单元中与上述基材层接触设置的为上述二氧化钒层。

进一步地,上述基材层为柔性基材层,优选上述基材层的雾度小于2%。

进一步地,上述基材层的厚度在20~150μm之间。

为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种上述智能温控膜的应用,该应用包括上述智能温控膜在车窗或建筑用窗上的应用。

应用本发明的技术方案,智能温控膜包括交替设置的二氧化钒层与折射层,折射层的折射率小于二氧化钒层的折射率同,二氧化钒层的折射率在1.9~2.3之间,折射层的折射率比二氧化钒层的折射率低,不同折射率的二氧化钒层与折射层形成薄膜干涉,利用二氧化钒层随温度变化而表现出的折射率差异性,形成了二氧化钒层与折射率层两者折射率差值随环境温度变化而发生的变化,使得红外光在高温与低温时的红外截止位置差别较大,进而提高了智能温控膜在高温(对应大于二氧化钒层相变温度的温度区间)与低温(对应小于二氧化钒层相变温度的温度区间)的近红外光的透过率差,从而使得智能温控膜的调温效果较好。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1示出了根据本发明一种典型实施方式提供的智能温控膜的剖面结构示意图;

图2示出了实施例1的智能调温膜在低温与高温时的透射谱;

图3示出了实施例4的智能调温膜在低温与高温时的透射谱;

图4表示实施例5的智能调温膜在低温与高温时的透射谱;

图5表示实施例10的智能调温膜在低温与高温时的透射谱;以及

图6表示对比例1的智能调温膜在低温与高温时的透射谱。

其中,上述附图包括以下附图标记:

1、基材层;2、温控单元;21、二氧化钒层;22、折射层。

具体实施方式

应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的,现有技术中的智能温控膜在近红外区域不同温度下透过率变化不大,调温效果不明显,为了解决如上的技术问题,本申请提出了一种智能温控膜与其的应用。

本申请的一种典型的实施方式中,如图1所示(省略号表示二氧化钒层21与折射层22),提供了一种智能温控膜,该智能温控膜包括基材层1与设置在上述基材层表面上的温控单元2,上述温控单元2包括多个二氧化钒层21与多个折射层22,其中,各上述二氧化钒层21的相变温度在在20~40℃之间;多个折射层22与上述二氧化钒层21交替设置,各二氧化钒层21可以相同也可以不同,与各折射层22的可以相同也可以不同,各上述折射层22的折射率小于上述二氧化钒层21的折射率。

二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物,其相变温度为68℃,当温度小于68℃时,二氧化钒处于半导体态,近红外光透过率高;当温度大于68℃时,近红外光的透过率低,反射率高。本申请中的二氧化钒层21的相变温度在20~40℃之间,当温度低于相变温度时,近红外光透过率较高,反射率较低;当温度高于相变温度时,近红外光的透过率较低,反射率较高。

并且,本申请的智能温控膜包括交替设置的二氧化钒层21与折射层22,折射层22的折射率小于二氧化钒层21的折射率同,二氧化钒层21的折射率在1.9~2.3之间,折射层22的折射率比二氧化钒层的折射率低,不同折射率的二氧化钒层21与折射层22形成薄膜干涉,利用二氧化钒层随温度变化而表现出的折射率差异性,形成了二氧化钒层与折射率层两者折射率差值随环境温度变化而发生的变化,,使得红外光在高温与低温时的红外截止位置差别较大,进而提高了智能温控膜在高温(对应大于二氧化钒层21相变温度的温度区间)与低温(对应小于二氧化钒层21相变温度的温度区间)的近红外光的透过率差,从而使得智能温控膜的调温效果较好。

为了进一步保证各二氧化钒层21的相变温度均在20~40℃之间,本申请优选各上述二氧化钒层21掺杂有杂质离子,上述杂质离子的重量占二氧化钒层的重量的1%~5%。

本申请的一种实施例中,上述杂质离子为Nb、Mo与W中一种或多种。但是,并不限于上述的杂质离子,本领域技术人员可以根据具体的情况选择合适的杂质离子。

为了进一步保证二氧化钒层21的相变温度在20~40℃之间,同时,保证二氧化钒层21与折射层22形成较好的干涉薄膜,进而使得智能温控膜的调温效果更好,本申请优选上述二氧化钒层21的厚度在30~120nm之间。

本申请的另一种实施例中,上述折射层22的折射率在1.3~1.6之间,优选上述折射层22为SiO2层或MgF2层。SiO2层或MgF2层取材容易,并且成本较低,有利于控制智能温控膜的成本。

为了降低智能温控膜的成本且保证其具有较好的调温效果,折射层22的厚度在30~200nm之间。

优选地,上述温控单元2中上述二氧化钒层21的个数与上述折射层22的个数之和为20。将温控单元2中的膜层数目设置为20,不仅能够保证智能温控膜具有良好的温控效果,还能保证该膜具有较好的透过率与柔韧性,能够保证该膜更好地应用在各个领域中。

本申请的又一种实施例中,如图1所示,上述智能温控单元2中与上述基材层1接触设置的为上述二氧化钒层21。这样便于生产过程中的光学监控。

本申请中的基材层1可以为PET层、PEN层、PC层或PE层,但并不限于上述的基材层1,本领域技术人员可以根据具体的情况选择合适的基材层。

为了使得智能温控膜具有较好的柔韧度,进而使得其可以应用在更多的领域中,本申请优选上述基材层1为柔性基材层1,常见的柔性基材层1为PET层、PEN层COP层或COC层。

本申请的再一种实施例中,上述基材层1的雾度小于2%,这样保证了基材层1的透明度,进而保证了智能温控膜的透明度,保证了近红外光的调温效果。

为了防止智能温控膜爆裂,进而更好地保护温控单元2,上述基材层1的厚度在20~150μm之间。

本申请中的智能温控膜可以采用现有技术中的任何可以实现的方法制备。为了简化制备工艺,降低生产成本,本申请优选采用磁控溅射法交替沉积二氧化钒层和折射层,通过调整工艺参数,控制各层的厚度等结构参数。

本申请的另一种实施方式中,提供了一种上述的智能温控膜的应用,上述应用包括上述智能温控膜在车窗或建筑用窗上的应用。

将上述智能温控膜应用到车窗或者建筑用窗中,使得车窗或者建筑用窗具有较好的调温效果,节能效果更好。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案,以下将结合具体的实施例与对比例说明本申请的技术方案。

实施例1

采用磁控溅射法在基材层上交替沉积两层二氧化钒层和两层折射层,形成智能温控膜。各二氧化钒层均相同,各折射层均相同。

其中,基材层为PE层,其雾度为0.8~0.9%,厚度为80nm,各二氧化钒层的厚度为75nm,杂质离子为Nb离子,Nb离子的重量含量占二氧化钒层的6%,各二氧化钒层的相变温度为25℃,高于35℃时,其折射率为2.3;低于25℃时,其折射率为1.9。各折射层为SiO2层,其折射率为1.54,厚度为115nm。

实施例2

磁控溅射法在基材层交替沉积十层二氧化钒层和十层折射层,形成智能温控膜。且与基材层接触设置的为二氧化钒层。

其中,基材层为PC层,其雾度为0.8~0.9%,厚度为150μm。各二氧化钒层中的杂质离子为Nb离子,Nb离子的重量含量占二氧化钒层的1%,各二氧化钒层的相变温度为20℃,高于35℃时,其折射率为2.3;低于25℃时,其折射率为1.9。各折射层均为MgF2层,其折射率为1.38。

该智能温控膜的各层的厚度(沿远离基材层的方向)依次为30nm、177.4nm、98.1nm、161.430nm、97nm、157.9n、96.8nm、160.9nm、96.1nm、162.9nm、97nm、146.7nm、97nm、164.8nm、96.8nm、164.8nm、97nm、178nm、97nm与116.1nm。

实施例3

磁控溅射法在基材层交替沉积十层二氧化钒层和十层折射层,形成智能温控膜。且与基材层接触设置的为二氧化钒层。

其中,基材层为PC层,其雾度为0.8~0.9%,厚度为20μm。各二氧化钒层中的杂质离子为Nb离子,Nb离子的重量含量占二氧化钒层的1%,各二氧化钒层的相变温度为20℃,高于35℃时,其折射率为2.3;低于25℃时,其折射率为1.9。各折射层均为SiO2层,其折射率为1.54。

该智能温控膜的各层的厚度(沿远离基材层的方向)依次为120nm、199.4nm、90.8nm、200nm、95.7nm、154.1nm、88.2nm、151.9nm、94nm、150.9nm、93.7nm、150.6nm、95.8nm、142.7nm、97nm、150nm、96.9nm、153.2nm、95nm与74.3nm。

实施例4

磁控溅射法在基材层交替沉积十层二氧化钒层和十层折射层,形成智能温控膜。且与基材层接触设置的为二氧化钒层。

其中,基材层为PET层,其雾度为0.8~0.9%,厚度为50μm。各二氧化钒层中的杂质离子为Nb离子,Nb离子的重量含量占二氧化钒层的5%,各二氧化钒层的相变温度为25℃,高于35℃时,其折射率为2.3;低于25℃时,其折射率为1.9。各折射层为SiO2层,其折射率为1.54。

该智能温控膜的各层的厚度(沿远离基材层的方向)依次为104.7nm、171.3nm、91.7nm、151.1nm、96.6nm、152.4nm、90.1nm、150.6nm、93.7nm、150.7nm、93.4nm、149.8nm、95.4nm、145.5nm、96.2nm、149.6nm、96.3nm、154.7nm、93.2nm与74.3nm.。

实施例5

与实施例4的区别在于:各二氧化钒层的杂质离子为Mg离子,Mg离子的重量含量占二氧化钒层的3%,各二氧化钒层的相变温度为36℃。

实施例6

与实施例4的区别在于:各二氧化钒层的杂质离子的重量含量占二氧化钒层的6%。

实施例7

与实施例4的区别在于:与基材层接触的二氧化钒层的厚度为160nm。

实施例8

与实施例4的区别在于:折射层为氧化铝层,其折射率为1.75。

实施例9

与实施例4的区别在于:将厚度为150.6nm的折射层替换为厚度为25nm的折射层。

实施例10

与实施例4的区别在于:温控单元中只包括14层的结构层,并且这14层与实施例4的前14层(沿远离基材的方向开始计数)是相同的。

对比例1

与实施例1的区别在于:折射层为氧化钛层,其折射率为2.52。

对比例2

采用磁控溅射法在基材层上交替沉积一层二氧化钒层和一层折射层,形成智能温控膜。其中,基材层为PE层,其雾度为0.8~0.9%,厚度为80nm,二氧化钒层的厚度为75nm,杂质离子为Nb离子,Nb离子的重量含量占二氧化钒层的6%,二氧化钒层的相变温度为25℃,高于35℃时,其折射率为2.3;低于25℃时,其折射率为1.9。折射层为SiO2层,其折射率为1.54,厚度为115nm。

采用Lambda950分光光度计测量不同温度下各个实施例与对比例的智能调温膜的透射谱,根据透射谱得出紫外、可见光、红外透过率,具体的测试结果见表1,其中,近红外光在同一波长值对应的低温透过率与高温透过率的差值定义为高低温透过率差,近红外光在波长为780nm~820nm区间内,不同波长的高低温透过率差的平均值定义为红外调节率。红外调节率的值越大表示智能调温膜的调温效果越好。

波长大于680nm的区域中,透过率最小对应的波长中的最小值定义为红外截止位置。高温时的红外截止位置与低温时的红外截止位置的差值定义为高低温红外截止位置差,同样地,该差值越大,表明智能调温膜的调温效果越好。

图2表示实施例1的智能调温膜在低温与高温时的透射谱;图3表示实施例4的智能调温膜在低温与高温时的透射谱;图4表示实施例5的智能调温膜在低温与高温时的透射谱,图5表示实施例10的智能调温膜在低温与高温时的透射谱,图6表示对比例1的智能调温膜在低温与高温时的透射谱。

表1

由表1的测试结果可知,当智能温控膜包括基材层与设置在上述基材层表面上的温控单元,上述温控单元包括多个二氧化钒层与多个折射层,其中,各上述二氧化钒层的相变温度在在20~40℃之间;多个折射层与上述二氧化钒层交替设置,各上述折射层的折射率小于上述二氧化钒层的折射率时,智能温控膜的红外调节率较大,高低温红外截止差也较大,即智能温控膜的调温效果较好。且当各上述二氧化钒层掺杂有杂质离子,上述杂质离子的重量含量在1%~5%之间;二氧化钒层的厚度在30~120nm之间;折射层的折射率在1.3~1.6之间;上述折射层的厚度在30~200nm之间时,智能温控膜的调温效果更好,另外,实施例1由于温控 单元中的膜层数较少,仅为4,而膜层数量越少,截止效果越不明显,调温效果也较差。实施例8中由于折射层的折射率为1.75,使得折射层与二氧化钒层的折射率差值变小,而温控膜总层数不变的情况下形成干涉结构的高低折射率层的折射率差值越小,截止效果越不明显,调温效果也较差。

从以上的描述中,可以看出,本申请上述的实施例实现了如下技术效果:

1)、本申请交替设置的二氧化钒层与折射层,折射层的折射率与二氧化钒层的折射率不同,二氧化钒层的折射率在1.9~2.3之间,折射层的折射率比二氧化钒层的折射率低,二者形成薄膜干涉,利用二氧化钒层随温度变化而表现出的折射率差异性,形成了温控膜中二氧化钒层与折射率层两者折射率差值随环境温度变化而发生的变化,使得红外光在高温与低温时的红外截止位置差别较大,进而提高了智能温控膜在高温(对应大于二氧化钒层的相变温度)与低温(对应大小二氧化钒层的相变温度)的近红外光的透过率差,从而使得智能温控膜的调温效果较好。

2)、将上述智能温控膜应用到车窗或者建筑用窗中,使得车窗或者建筑用窗具有较好的调温效果,节能效果更好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
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