[发明专利]二氧化钒基复合薄膜、包括其的透光结构及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及节能环保材料领域，更具体地涉及一种环保节能的无机材料复合薄膜及其应用。

背景技术

我国是一个能源短缺的国家，以煤炭为主的非可再生资源利用效率低，可再生资源开发利用程度低，环境污染状况严重，优质能源供应不足，且形式日益紧张，因而节能和环保已成为时代主题。在各类能耗中，我国的建筑能耗已经占到社会总能耗的三分之一以上，其中采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55％左右，并且我国建筑单位面积能耗是发达国家的2至3倍，并呈逐年上升趋势，能源浪费极其严重。

在现代建筑物中，最严重的能耗来自作为外墙或窗户的玻璃，且玻璃占外墙的面积比例越来越大，据测算通过普通玻璃窗进行的热交换损耗在冬夏季节分别占58％和73％。这是由于太阳光能量约99％分布在波长为0.2～2.5μm的范围内，其中0.2～0.38μm的紫外光区占总能量的约8％，0.38～0.78μm的可见光占约43％，0.78～2.5μm的近红外区占约48％。而普通玻璃对不同波长的太阳光不具有调控能力，夏天不能有效截止近红外太阳光，增加了空调的制冷负荷，而在冬天，室内热量又以热辐射的形式通过玻璃表面散失，增加了空调的保温负荷。在采用空调调节室内温度的情况下，据测量，制冷温度提高2℃，制冷负荷减少约20％；制热温度调低2℃，制热负荷减少约30％。目前已经投入商业应用的被动调热型的低辐射率(Low-E)镀膜玻璃，可有效减少玻璃表面的辐射率，进而减少相应的辐射散热，但是，该Low-E镀膜玻璃一旦在结构形成之后，其光学性能就不随环境变化进行可逆的双向调节以获得冬暖夏凉的效果，这难以适应我国大部分四季分明地区的需求。

为了克服Low-E镀膜玻璃的缺点，将阳光控制性和低辐射性结合在一起，提出了智能节能玻璃，其光学性能可以随环境变化进行可逆的双向调节，主要包括气致变色(气敏)、电致变色(电敏)、热致变色(热敏)等类型。通过外界条件的激励，这样的节能玻璃可实现对太阳光透光性的调节，起到节能的效果。在以上三种节能玻璃的实现方式中，气致变色和电致变色玻璃在调节太阳光的同时，对可见光的透过率有消极影响，影响节能玻璃的视觉透明性，因而应用范围受到限制。

热致变色玻璃主要集中在利用二氧化钒的可逆相变特性，即二氧化钒具有的半导体-金属转变(SMT)特性。随温度升高，达到相变温度(T_c)以后，二氧化钒的晶相发生由单斜相向四方相的转变，相应地其光学性质发生变化，红外光由比较高的透过性转变为比较低的透过性，但可见光区的透过性基本不变，不会造成明显的视觉变化，同时相变前后紫外线几乎全部被吸收。而且，二氧化钒基热致变色玻璃与其他智能节能玻璃相比，结构简单，成本低，相变温度可以通过适当的工艺和组成控制进行调节，应用前景广阔。

然而，单层的二氧化钒薄膜虽然可以调控红外光透过率，但其可见光透过率低，红外调控力(半导体相与金属相之间红外光透过率的差值)弱，智能节能效果差。因此，在确保二氧化钒热致变色性能的前提下，提高可见光的透过率、增强太阳光的红外调控能力是提高二氧化钒智能节能性能的关键。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是在确保二氧化钒热致变色性能的前提下，提供一种能够提高可见光的透过率并增强太阳光的红外调控能力的透射率可调的二氧化钒基复合薄膜。

因此，在一方面，本发明提供了一种透射率可调的二氧化钒基复合薄膜(基于二氧化钒的复合薄膜)，包括：第一无机透明薄膜；设置在所述第一无机透明薄膜上的二氧化钒薄膜；和设置在所述二氧化钒薄膜上的第二无机透明薄膜。可替换地，本发明提供一种透射率可调的二氧化钒基复合薄膜，包括：二氧化钒薄膜；设置在所述二氧化钒薄膜上的第一无机透明薄膜；和设置在所述第一无机透明薄膜上的第二无机透明薄膜。

在一个优选实施方式中，所述第一无机透明薄膜和所述第二无机透明薄膜是相同或者不同的，并且用于所述第一无机透明薄膜和所述第二无机透明薄膜的无机材料独立地选自氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锡(ITO)、掺铟氧化锌(IZO)、二氧化钛(TiO₂)、三氧化二钛(Ti₂O₃)和掺氟氧化锡(FTO)中的一种或多种。

在一个优选实施方式中，所述第一无机透明薄膜和所述第二无机透明薄膜的厚度分别为20-500nm。

在一个优选实施方式中，二氧化钒薄膜的厚度为10-150nm。