一种光热响应型智能节能复合膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能光学复合材料领域，涉及一种光热响应型智能节能复合膜。
【背景技术】
[0002] 智能材料是指模仿生命系统，能感知环境变化，并能根据所感知的环境参数及时 调整或改变材料自身的性能参数，作出所期望的并能与变化后的环境相适应的变化的复合 材料或材料的复合。仿生命感觉和自我调节是智能材料的重要特征。
[0003] 随着时代的发展，建筑物的智能化建设会愈加深入，智能建筑的内容与涵义随着 科技的发展不断延伸，其功能也在不断扩展，以满足人们日益增长的各种需要。有关预测表 明，在本世纪中叶，建筑业将步入高科技建材时期，以智能建筑材料为代表的新型建材将成 为主流。在众多的建筑材料中，玻璃发挥越来越重要的作用。玻璃作为建筑采光材料具有 不可替代性，玻璃及其深加工制品作为装饰装修材料的应用正在逐年扩大，利用玻璃材料 独具的光学特性制造的多功能材料将会在节能绿色建筑中扮演重要角色。除了传统的节能 玻璃制作工艺，如中空玻璃、吸热玻璃和热反射玻璃以外，近年来出现了很多的新技术、新 产品，如光致变色玻璃、热变色玻璃、液晶玻璃、电致变色玻璃和电泳玻璃等。
[0004] 智能玻璃是一种符合环保需求的产品。节能减排已成为国内外的首要任务。在全 球能源紧张、绿色环保的强大发展趋势下，智能玻璃在下一代的绿色环保建筑材料中将发 挥重要的应用。统计表明，建筑行业能耗约占社会总能耗的近一半，其中相当大的一部分 用于建筑物的空调，而建筑物空调的热损失主要集中在玻璃窗等开口部位。发达国家的建 筑能耗占国家能源使用总量的20%-40%。2010年，在美国（作为世界能源第二大能源消 耗国，占全球消耗量的19% )约41 %的一次能源被消耗在建筑行业。因此，在2010年，美 国在建筑行业消耗了约7%的全球能源。且约60%被消耗在建筑行业的能源被用来空间加 热，空间制冷，照明和通风。中国（作为世界能源最大的消费国）的建筑在2006年消耗到 约26%的一次能源，到2020年这一数字预计到上升到30%以上。在炎热和潮湿地区建筑 能源的消耗甚至更占主导地位，在一些国家中使用到三分之一到一半的电力。此外，建筑行 业是与能源有关的二氧化碳排放的的罪魁祸首，在2010年约占世界排放量的8%。因此，应 该采取节约能源措施以减少建筑物能量损失和二氧化碳排放量。
[0005] 在建筑节能策略中有两种方法，一种主动的和一种被动的策略。改善空调系统和 建筑照明能积极提高建筑物的能源效率，然而改进建筑外围的性质和热性能的措施如保温 墙，在屋顶使用冷性涂料降温，给玻璃涂层，这是被动的策略。玻璃是被称为能效最低的一 个建筑物的部件，通过改进玻璃的热性能来阻止这些损失将会将会降低电力成本和更少 的温室气体的排放。能同时控制透射的红外辐射，一种理想的玻璃应能够足够的透射可见 光。影响热透过窗户传输的最重要的参数包括户外条件，遮阳，建筑朝向，窗户的类型和面 积，玻璃性能和特点。改进玻璃的性能特点如热透射率和太阳能参数，在建筑物窗户的标 准中它们被认为是最重要的标准。一些国际标准已经发表来评价窗户和玻璃的性能，是为 了考虑到建筑的能源性能改进来达到最低要求。ISO 10291:1994, ISO 12567:2005, ISO 9050:2003, ISO 14438:2002均是这些标准的例子。基于国际标准（IS09050)，透光率，太阳 能直接透射率，总太阳能透射率，紫外线透射率和相关的玻璃窗因素是确定建筑玻璃光和 能量的性能的必不可少的参数。在此标准基础上的一些研究已经完成（或相当于欧洲EN 410)，是为了确定涂覆玻璃制品的光学性质。一般而言，国际标准详细说明在全球范围内考 虑的标准和基本的特性。国际标准可以直接应用或根据当地的条件修改。
[0006] 智能型膜，玻璃表面具有光谱选择性性能的薄膜，是解决上述问题的创新办法。光 热响应型智能节能复合膜可以根据外界环境温度和光线强度的变化改变自身的颜色和光 学性能。当光线较弱或温度较低时，光热响应型智能节能复合膜具有良好的光透性，当阳光 强烈或者炎热高温时，该复合膜材料对可见光或不可见的透过率将大幅下降。随着国家节 能减排政策的执行力度加大以及人们对低碳环保意识的加强，光热响应型智能节能复合膜 可作为智能型光热控节能材料广泛用于智能建筑中。在光线较弱或温度低的季节，光热响 应型智能节能复合膜玻璃能够最大限度的让太阳光透过智能玻璃进入建筑物内部。当室内 温度高于人们感到舒适的温度，智能玻璃将由高透过率的状态转变为低透过率，智能地屏 蔽掉太阳光，这时太阳光将最大程度地被反射。这样就能实现对建筑物内部温度的智能控 制，但同时并不影响室内的采光，减少空调的使用。
[0007] 光热响应型智能节能复合膜玻璃具有非常广阔的市场前景，除了作为智能建筑材 料如建筑业中用于大厦、高级住宅、机杨和码头等的窗户和玻璃幕墙外，小到人们佩戴的太 阳镜大到汽车、火车、轮船及飞机等交通工具的舷窗及防护膜，均有广泛的应用领域。目前 国内外已有智能玻璃的概念性产品出现，我国智能玻璃的代表性厂商是南京的南京智显科 技有限公司和北京伟豪智能玻璃有限公司。目前，上述产品在技术上都是以液晶为敏感材 料制备的。众所周知，液晶是制备平板液晶电视的材料。而现有的智能玻璃由于采用了制 备平板液晶电视显示材料的技术，因此价格非常昂贵。据报道，国外产品价格约合15000人 民币/平方米，国内产品的价格最少在3000元-10000元/平方米。
[0008] 在传统的智能材料主要是光敏感的光致变色材料及热致变色材料。典型的光致变 色材料是卤化银化合物，也是传统制备光致变色玻璃的材料。在一定的光波辐照条件下，卤 化银粒子会吸收能量发生分解，生产银粒子和单质卤素。纳米银粒子和卤素会遮挡光线通 过，从而是玻璃变暗。当除去光线辐照时，单质银和卤素复合生产无色的卤化银化合物，这 样玻璃会变得更加透明。以传统卤化银制备的智能玻璃价格昂贵，质量重，玻璃强度差，变 色效果差、寿命短、稳定性难以保证。特别是用作建筑玻璃时，在寒冷低温的冬季，人们是需 要高的太阳光透过率来满足室内取暖降低能耗，由此卤化银智能玻璃不能满足人们作为智 能遮阳玻璃的需求。典型的可逆热致变色材料目前有晶型转换的无机可逆变色材料，有机 液晶可逆变色材料。典型的银、铜、汞的碘化物以及钴盐、镍盐与六次甲基四胺形成的化合 物。如碘化汞温度低于137°C时，为红色，当温度高于137°C时变为蓝色。这类热致变色材料 色差大，抗疲劳性好，变色较灵敏。然而，这类材料变色温度高，特别是变色前后都有颜色。 这与节能控温的智能玻璃要求在低温条件下无色透明，高温显色低光透过差距较大。另一 类热致变色材料典型的有机可逆变色材料。典型的可逆热致变色材料包括发色剂、显色剂 及溶剂构成。发色剂以荧烷、希夫碱为典型物，显色剂以双酚A，4-羟基香豆素等提供路易 斯质子酸，溶剂以正十二醇等醇类为代表。这类热致变色材料变色温度低，寿命长且灵敏度 高。然而，这类材料的变色只能出现在低温有色向高温无色转变，或者由低温的某一种颜色 向另一种颜色转变。特别是，在低温条件下，很难以无色透明状态存在，因此这类材料很难 在智能遮阳玻璃方面应用。
[0009] 二氧化钒是一种具有相变特性的功能材料，当温度低于相变点时，呈单斜晶系结 构，表现为半导体特性；当温度高于相变点时，转变为四方金红石结构，表现为金属特性。在 从低温半导体相到高温金属相的转变过程中，可见光区域的透过率变化不大，但红外光区 域的透过率变化显著，高温金属相的红外区域透过率相比低温半导体相有显著下降，特别 是对于波长大于2500nm的中远红外区域几乎不能透过。并且二氧化钒的这种低温半导体 相与高温金属相之间的转变是可逆的。二氧化钒发生半导体相与金属相之间的可逆转变的 温度点为68°C，对其进行合适的掺杂，在晶格中引入预定的金属离子（如钨、铌或钼）能降 低相变温度点至室