一种具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构及其制备方法与流程

本发明涉及窗膜技术领域，具体涉及一种用于高性能节能窗膜的太阳光谱选择性多层纳米结构及其制备方法。

背景技术：

太阳辐射光谱包含紫外线、可见光和红外线，由于太阳光到达地表能量主要集中在200nm到2500nm波段范围内，所以我们主要分析这个波段范围内的太阳光能量分布。可见光的波长范围约为380nm-780nm，占太阳光总能量的44%，它是太阳光谱中肉眼唯一能看到的部分，对人体没有直接危害，是我们日常生活所需要的光线；

紫外线的波长范围约为200nm-380nm，占太阳光总能量的3%，它可导致装饰老化、褪色，暴晒过量会引起皮肤晒伤引发疾病等；红外线的波长范围约为780nm-2500nm，占太阳光总能量的53%，它是产生热量的直接因素，因而有灼热感觉，美容界认为红外线会加速皮肤衰老。在炎炎夏日，大量的红外线透过汽车或建筑玻璃窗，会使得车內或室内的温度升高，从而增加空调的用电量。尤其，新能源汽车的痛点就是电池的续航里程，若能阻止大部分的红外光进入车内，可以较大幅度地降低汽车空调的使用，从而达到节约电池电量、增加续航里程的目的。在另一方面，大量的玻璃门窗被用于现代建筑。普通的玻璃门窗让看不见却会产生大量热量的红外光进入室内，大大增加制冷能耗。因此，阻止大部分的红外光通过玻璃门窗进入车内或室内，是实现节能一个重要手段。现在市场上主要有二类的太阳能隔热窗膜：1)吸热膜：太阳光绝大部分的热量都被吸收在膜体上，在阳光照射下，膜体温度急剧升高，很快达到热饱和，然后会向车内和室内进行二次热辐射，所以吸热膜不但不能隔热，反而会使车内和室内更加闷热。同时，由于吸热膜吸收热量温度急剧升高，增加了玻璃自爆的风险，对车内和室内人员的人身安全构成了危害。2)单金属膜：在红外线区域有40%一60%的反射率，隔热效果一般，同时它在可见光区域的反射达到20%一30%，造成了严重的光污染，国家明确规定汽车前档玻璃的可见光反射率不能超过15%。

为克服以上问题，本发明提供一种用于高性能节能窗膜的太阳光谱选择性多层纳米结构及其制备方法。该高性能节能窗膜，在可见光区域的反射率可低达6%左右，比吸热膜还低，进入红外线区域后，反射率可急剧上升到95%以上，可以把绝大部分的红外线反射出去，而膜体本身温度不会升高太多。所以，该高性能节能窗膜在实现最大限度隔热的同时又能保证日常的采光需求。在另一方面，在实现节能的前提下，基于本发明所述的太阳光谱选择性多层纳米结构的节能窗膜的可见光透过率可依需求在5%-85%范围內调整，例如，为满足稳私要求，可见光透过率可设定在30%以下，而为满足汽车前挡玻璃的高可见光透过率要求，可见光透过率可设定在70%以上。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构及其制备方法以解决上述背景技术中提到的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

将太阳光谱选择性多层纳米结构沉积在透明塑料薄膜1上。按照从透明塑料薄膜1开始的顺序，各个纳米层结构具体如下：

一种具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构依次包括：一层透明塑料薄膜1、一层或一层以上的纳米复合层2、以及吸光层3；其中，

纳米复合层2内向外依次包括第一介电层201、第一稳定层202、金属层203、第二稳定层204以及第二介电层205。

优选的，所述透明塑料薄膜1包括透明聚乙烯薄膜。

优选地，第一介电层201和第二介电层205均由具有水汽和氧气阻挡能力的透明介电层组成，所述介电层由一种或两种介电材料层组成。

优选地，第一介电层201和所述第二介电层205均为一层或两层透明的介电材料薄膜组成，其中，若为一层薄膜，介电材料包括扩散势垒比较高的金属氧化物、硅氧化物、氮氧化物薄膜的一种或多种，所述第一介电层201的总厚度为5-200nm，所述第二介电层205的总厚度为10-180nm。

优选地，第一介电层201和第二介电层205均为一层或两层透明的薄膜组成，还包括：

若为两层薄膜，一层为具有比较高的水汽和氧气扩散势垒的介电材料，另一层介电材料对其扩散势垒的要求可降低，包括具有较高折射率的介电材料。

优选地，第一稳定层202和第二稳定层204的材料相同，包括金属或金属合金，所述金属或金属合金包括钛，镍，铬，铝，铌，锆，钽的一种或多种。第一稳定层202的厚度为0.5-10nm，第二稳定层204的厚度为1-7nm。

优选地，金属层包括具有红外高反射特性的贵金属或贵金属合金，所述贵金属或贵金属合金包括金、银、银合金的一种或多种。所述金属层的厚度为4-26nm。

优选地，由化学稳定性高的金属或金属合金制成的水汽和氧气阻挡层及吸光层3，所述金属或金属合金包括钛，镍，铬，铝，铌的一种或多种。吸光层的厚度为1-40nm，其中，吸光层越厚，透光率越低。

优选地，纳米复合层2为一层或一层以上，所述纳米复合层2可选择重复增加，即所述纳米复合层2的层数可选择为一、二、三层或以上，最优选层数为二层。

优选地，具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构的可见光透过率可以在5%-85%范围內调整，对红外线的反射率50%-95%或者95%以上。

上述的一种具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构及其制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

准备厚度为10-1000µm的透明塑料薄膜1；

将所述透明塑料薄膜1表面进行等离体处理；

在所述透明塑料薄膜1上沉积太阳光谱选择性多层纳米结构。

优选地，透明塑料薄膜1进行等离体处理包括，将透明的塑料薄膜1放在卷绕式真空磁控溅射系统内进行等离体处理，其中，等离体处理用于清除塑料薄膜表面的污染物以及增强多层纳米结构在透明塑料薄膜1上的粘附力。

优选地，透明塑料薄膜1上沉积太阳光谱选择性多层纳米结构包括，在环境温度为20-30ºc下，真空度10^-5pa，采用卷绕式真空磁控溅射系统，在透明塑料薄膜1上沉积太阳光谱选择性多层纳米结构。其中，所用各个靶材的位置顺序与太阳光谱选择性多层纳米结构所对应的材料顺序所对应。

附图说明

图1是本申请提供的具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构的结构示意图，该结构示意图包括三层纳米复合层2；

图2是本申请提供的具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构中的纳米复合层2的结构示意图；

图3是本申请提供的具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构及其制备方法的流程示意图；

其中，1-透明塑料薄膜；2-纳米复合层；3-吸光层；201-第一介电层、202-第一稳定层；203-金属层；204-第二稳定层；205-第二介电层。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，对照附图进一步说明本发明的具体实施方式。

请参考图1、图2提供的具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构的结构示意图，该图1中结构示意图包括三层纳米复合层2：

一种具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构，包括透明塑料薄膜1、一层或一层以上的纳米复合层2、以及吸光层3；纳米复合层2内向外依次包括第一介电层201、第一稳定层202、金属层203、第二稳定层204以及第二介电层205。

具体的，所述透明塑料薄膜1可以为透明聚乙烯薄膜。

具体的，第一介电层201由具有水汽和氧气阻挡能力的透明介电层组成，所述介电层由一种或两种介电材料层组成。

优选地，第一介电层201为一层或两层透明的薄膜组成，其中，若为一层薄膜，介电材料包括水汽和氧气扩散势垒比较高的金属氧化物、硅氧化物、氮氧化物薄膜的一种或多种，若为两层薄膜，一层为具有比较高的扩散势垒的介电材料，另一层介电材料对其扩散势垒的要求可降低，优选具有较高折射率的介电材料。第一介电层201的总厚度为5-200nm。

举例来说，若第一介电层201为一层透明的薄膜组成，介电材料选择比较高的水汽和氧气扩散势垒的金属氧化物，比如：铝氧化物（优选地，选择al2o3），硅氧化物(优选地，选择sio2)或硅氮化物(优选地，选择si3n4)薄膜；若第一介电层201为两层透明的薄膜组成，一层为具有比较高的扩散势垒的介电材料(优选的，si3n4),另一层介电材料对其扩散势垒的要求可降低(例如，可选用具有较低扩散势垒但折射率较高的金属氧化物如zno)。

具体的，第一个稳定层202可以由金属或金属合金制成。比如：金属选自钛，镍，铬，铝，铌，锆，钽等，金属合金则含有至少一种上述的金属。所述第一个稳定层202的厚度为0.5-10nm。

具体的，具有红外高反射特性的金属层203通常是贵金属层，比如：金或银，但是本发明可以以相同的方式利用其他金属或金属合金，比如：银合金，其中，具有红外高反射特性的金属层203的厚度是4-26nm。

具体的，由金属或金属合金制成的第二个稳定层204可以由金属或金属合金制成，比如：金属选自钛，镍，铬，铝，铌，锆，钽等，金属合金则含有至少一种上述的金属。所述第二个稳定层204的厚度为1-7nm。

具体的，第二介电层205由具有水汽和氧气阻挡能力的透明介电层组成，所述介电层由一种或两种介电材料层组成。

优选地，第二介电层205为一层或两层透明的薄膜组成，其中，若为一层薄膜，介电材料包括水汽和氧气扩散势垒比较高的金属氧化物、硅氧化物、氮氧化物薄膜的一种或多种，若为两层薄膜，一层为具有比较高的扩散势垒的介电材料，另一层介电材料对其扩散势垒的要求可降低，优选具有较高折射率的介电材料。第二介电层205的总厚度为10-180nm。

举例来说，若第二介电层205为一层透明的薄膜组成，介电材料选择比较高的水汽和氧气扩散势垒的金属氧化物，比如：铝氧化物（优选地，选择al2o3），硅氧化物(优选地，选择sio2)或硅氮化物(优选地，选择si3n4)薄膜；若第二介电层205为两层透明的薄膜组成，一层为具有比较高的扩散势垒的介电材料(优选的，si3n4),另一层介电材料对其扩散势垒的要求可降低(例如，可选用具有较低扩散势垒但折射率较高的金属氧化物如zno)。

具体的，重复纳米层结构201-205形成二层纳米复合层2。第二层纳米复合层2起到增强红外反射和减低可见光反射的作用，该层为可选择项，依实际需求而定。

具体的，再重复纳米层结构201-205形成三层纳米复合层2。第三层纳米复合层2起到进一步增强红外反射和减低可见光反射的作用，该层为可选择项，依实际需求而定。

举例来说，一种具有太阳光谱选择性窗膜的多层纳米结构可根据实际透光要求和红外反射要求，对纳米复合层2的层数进行选择，若实际透光要求低、红外反射要求高，可选择增加纳米复合层2的层数；若实际透光要求高、红外反射要求低，可选择减少纳米复合层2的层数。纳米复合层2的层数为一层或一层以上，其中，最优层数为二层。

具体的，由化学稳定性高的金属或金属合金制成的水汽和氧气阻挡层及吸光层3，比如：金属选自钛，镍，铬，铌，等；金属合金则含有至少一种上述的金属。该金属或金属合金层3的厚度为1-40nm，依据最终产品的透光率要求而定。该层为可选择项，依实际需求而定。

请参考图3，图3是本申请提供的具有太阳光谱选择性窗膜多层纳米结构及其制备方法的流程示意图，所述方法包括但不限于以下步骤：

s1、准备厚度为10-1000µm的透明塑料薄膜1；

s2、将所述透明塑料薄膜1进行等离体处理；

s3、在所述透明塑料薄膜1上沉积太阳光谱选择性多层纳米结构。

具体的，透明塑料薄膜1进行等离体处理包括，将透明的塑料薄膜1在卷绕式真空磁控溅射系统内进行等离体处理，其中，等离体处理用于清除塑料薄膜表面的污染物以及增强多层纳米结构在塑料薄膜上的粘附力。

具体的，透明塑料薄膜1上沉积太阳光谱选择性多层纳米结构包括，在环境温度为20-30ºc下，真空度10^-5pa，采用卷绕式真空磁控溅射系统，在透明塑料薄膜1上沉积太阳光谱选择性多层纳米结构。其中，所用各个靶材的位置顺序与太阳光谱选择性多层纳米结构所对应的材料顺序所对应。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。