[发明专利]一种彩色二氧化钒薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种彩色二氧化钒薄膜及其制备方法，所述薄膜含有二氧化钒，所述薄膜中具有贯通薄膜的周期排列的空气柱阵列。本发明通过纳米压印在薄膜中形成空气柱阵列，工艺简单，易于控制，可大规模应用。所述模板可以具有与所需的空气柱阵列的结构互补的凸出结构。本发明的薄膜具有可调的颜色，且可见光透过率高，可以用在窗玻璃，汽车玻璃等领域。

技术领域

本发明涉及建筑节能技术领域，具体涉及一种具有热色性能的二氧化钒薄膜的微结构设计及其制备方法。

背景技术

建筑能耗在社会总能耗中占据非常大的比重。据统计，在发达国家中，建筑能耗约占社会总能耗的20-40％左右。中国虽还处于发展阶段，但是社会总能耗已经处于世界首位(20％)。到2002年末，我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑，总量庞大，建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25％，潜伏巨大能源危机。而根据13年的数据，中国建筑能耗占社会总能耗的27.45％，而随着社会发展水平提高，建筑能耗的比重会不断增加。这些数据都表明对建筑的节能减排对中国能源和环境的贡献均有重要意义。

窗户的节能效果对建筑节能具有很大影响。根据相关模拟，对于采用单层玻璃窗户的单层建筑来说，夏天和冬天通过窗户与外界环境交换的热量分别约占建筑总热交换量的70％和50％。而对于具有更高窗墙比的多层建筑以及完全使用玻璃幕墙的建筑，窗户更是室内和外界热交换的主要通道。因此对于窗户的节能改造是建筑节能的一个关键部分。

目前可以应用的制备热致变色智能窗玻璃的主要方法是将化学合成的VO₂纳米粉体与其他高聚物混合，再涂覆于玻璃上制备成功能涂层，或是涂敷在透明塑料薄膜表面制备成贴膜。这种方法可以很大的提高二氧化钒薄膜在可见光波段的透光率，使之达到应用水平。而且这种方法工艺简单，有利于大规模的生产制造，而且可以将涂层涂敷在各种不同基体的表面，这也极大的扩展了二氧化钒薄膜的应用范围。但是，由于二氧化钒的透过颜色与反射颜色均呈现土黄色，人们普遍难以接受这种颜色。因此，二氧化钒在实际使用中的颜色对其推广应用有重要的影响。

目前已有的几种公开的专利中CN 101269918 B和CN101255015 B中都是使用磁控溅射的方法，通过控制VO₂层的厚度或是增加一层或多层确定厚度的干涉层，从而调节反射光的光谱。CN 101205120B公开了贵金属纳米粒子对溅射成膜的二氧化钒薄膜的光谱局域修饰特性，对光谱进行局域修饰。CN103978203A是直接使用贵金属改性智能二氧化钒复合粉体，达到局域修饰光谱的目的。但是，这些方法工艺较为繁琐，且成本较高，不适于大规模应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种彩色的具有微结构的二氧化钒热色薄膜及其制备方法，以改善VO₂薄膜的透射色和反射色。

一方面，本发明提供一种彩色的具有微结构的二氧化钒热色薄膜，所述薄膜含有二氧化钒，所述薄膜中具有贯通薄膜的周期排列的空气柱阵列。

本发明通过对二氧化钒薄膜进行微结构设计，得到一种贯通薄膜的周期排列的空气柱阵列，该空气柱阵列可以调节薄膜的光谱，从而改善薄膜的反射色和透射色，达到改善二氧化钒薄膜颜色的效果。对薄膜的反射光谱和透射光谱的某一特定的波长的光产生极大的吸收，从而达到在一定范围内修饰其透射和反射光谱的目的，改善VO₂薄膜的透射色和反射色，得到彩色薄膜。

本发明中，所述薄膜可以是二氧化钒纯相薄膜，也可以是二氧化钒基有机无机/无机无机复合膜。在一个优选的实施方式中，所述薄膜是二氧化钒/透明高聚物复合薄膜，其包括透明高聚物基底和均匀分布于所述透明高聚物基底中的二氧化钒粉体。相较于纯相二氧化钒薄膜，复合薄膜使用的范围更广们更加便利。

较佳地，相邻空气柱的间距为20nm～2000nm，空气柱的直径为25nm～1000nm，深度为整个薄膜厚度的50％～100％。