[发明专利]一种多级渐变式自发调温的复合涂层及其制备方法

说明书

一种多级渐变式自发调温的复合涂层及其制备方法，其特征在于依次由基底层、扩散阻挡层、主调光层和减反层组成；其中扩散阻挡层为金属Ta膜，主调光层为W含量呈梯度分布的三种VO₂‑W亚层，减反层为锐钛矿相TiO₂；扩散阻挡层、主调光层和减反层的厚度分别为1.5～2.5nm，60～150nm，30‑60nm。先采用直流溅射法在基板上沉积金属Ta层；再采用双靶共溅射法沉积第一个VO₂‑W亚层、第二个VO₂‑W亚层和第三个VO₂‑W亚层；然后采用射频溅射法在第三亚层上沉积锐钛矿相TiO₂；最后再进行退火处理，制得多级渐变式自发调温复合涂层。本发明操作简单，重复性好，清洁无污染，实现效果良好。将会广泛应用在“智能窗”绿色建筑领域。

技术领域

本发明涉及一种多级渐变式自发调温的复合涂层及其制备方法，特别是一种近中红外光可调的高效节能复合涂层及其制备方法，可广泛应用于绿色建筑门窗与幕墙玻璃。

技术背景

高效节能建筑玻璃要求既能降低建筑向外能耗，又能最大限度利用洁净的太阳能，这就要求随着环境温度的变化，镀膜玻璃具有对太阳光与红外进行自主调控的能力。太阳光辐射的波长范围约是0.25-3μm，其中携带热能的光波主要是0.7μm以上的近中红外光，而室内外物体热辐射的波长在3μm以上。考虑到采光问题，窗玻璃在可见光区透过率越高越好，而对红外光透过与反射的要求在寒冷和炎热季节各不相同。在寒冷季节，要尽可能地透过太阳辐射并反射室内热辐射，对玻璃的要求是在0.4-3μm区间透光率为1，而对3μm以上红外光的反射率为1。而在炎热的夏季，对玻璃的要求是0.4-0.7μm区间透光率为1，而对0.7μm以上红外光的反射率为1，这就是理想“智能窗”的工作原理。

自从首次观察到钒氧化物具有热致相变特性以来，已有8种氧化钒具有从高温金属相到低温半导体相转换的特性，其中由于二氧化钒(VO₂)相变温度接近常温而受到各国研究者的关注。VO₂相变温度为68℃，最接近室温，这一独特性能使其成为智能窗涂层材料的最佳选择。在环境温度低于相变温度时VO₂薄膜表现为半导体特性，电学性能为高电阻率，光学性能表现为对近红外波段的高透过；当环境温度高于相变温度时，VO₂转变为金属态，电学上表现出良好的导电性，光学上则变为红外阻隔特性。VO₂的制备方法主要有三大类，相比化学气相沉积法和液相法，高真空磁控溅射法具有无污染、成本低、便于大规模产业化生产等特点，并且操作工艺简单、膜层沉积速率高、可重复性好以及多层结构分层制备，可对成分进行精确调控，易实现大面积沉积均匀的纳米结构涂层。

金属W是降低VO₂相变温度最有效掺杂元素，每掺杂1at％W可将相变温度降低20℃，通过W掺杂可将其相变温度降至室温或以下。但还存在以下几个主要问题，首先，常规掺杂W的VO₂，只有一个相变温度，不能实现对室温的渐变调控；其次，由于只有一个相变温度，整个VO₂涂层发生相变导致体积产生较大变化，大幅度反复体积膨胀与收缩，会导致涂层使用寿命下降；最后，掺杂W的VO₂的可见光透过率和红外调节率需要进一步提升。

发明内容

本发明的目的是研发了一种多级渐变式自发调温的复合涂层，本发明的另一目的是提供上述多级渐变式自发调温复合涂层的制备方法，具有在不同的温度下渐变式自发调节室内温度，避免了室内温度的大幅变化，提升了室内人体舒适度，不但高效节能，还有效利用了太阳能，工作可靠性高，该涂层可广泛应用于绿色建筑门窗、外墙玻璃以及汽车窗玻璃等。