专利名称：红外调控力增强的透光结构及其应用的利记博彩app
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透光结构及其应用。
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约55%，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%分布在波长范围为0. 2 2. 5iim，其中0. 2 0. 38 y m的紫外光区占总能量的约8%，0. 38 0. 78iim的可见光占约43%，0. 78 2. 5iim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°C，制冷负荷减少约20% ;制热温度调低2°C，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。)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f凡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，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，提供一种能够增强太阳光的红外调控能力的透光结构。因此，在一方面，本发明提供了红外调控力增强的透光结构，包括透明衬底；设置在所述透明基底上的金属薄膜；和设置在所述金属薄膜上的二氧化钒薄膜。在一个优选实施方式中，用于所述金属薄膜的金属选自银、金、钼、铜和铝中的一种或多种。在一个优选实施方式中，所述金属薄膜的厚度为3-50nm，并且所述二氧化钒薄膜的厚度为10-150nm。·在一个优选实施方式中，所述透明衬底的材质选自玻璃、尖晶石、氧化铝、氧化硅、氧化锆或塑料。在一个进一步优选的实施方式中，所述玻璃选自石英玻璃、高硅氧玻璃、高铝玻璃、微晶玻璃或浮法玻璃；所述塑料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯。在另一方面，本发明提供上述红外调控力增强的透光结构用作智能节能玻璃的应用。由于本发明的透光结构在透明衬底上具有由二氧化钒薄膜和金属薄膜构成的二氧化钒基复合薄膜(本文中，有时也将其中由金属薄膜和二氧化钒薄膜构成的二氧化钒基复合薄膜简称为二氧化钒基复合薄膜)，从而能够增强太阳光的红外调控能力，所以通过利用本发明的透光结构，能够在保持热致变色性能的前提下(温度变化导致薄膜近红外光透过率发生变化)，增强太阳光的红外调控能力，当应用于二氧化钒基热致变色智能节能玻璃时，能够扩大其应用范围，具有良好的经济效益。
图I为示出了根据本发明实施方式的红外调控力增强的透光结构的构造示意图。图2为通过本发明一个实施方式获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后(!'〈！'。和！'〉！'。)的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在5nm的银薄膜上沉积厚度为40nm的二氧化钒而获得的银/ 二氧化钒复合薄膜。图3为通过本发明一个实施方式获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在IOnm的银薄膜上沉积厚度为30nm的二氧化钒而获得的银/ 二氧化钒复合薄膜。图4为通过本发明一个实施方式获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在6nm的金薄膜上沉积厚度为30nm的二氧化钒而获得的金/ 二氧化钒复合薄膜。图5为通过本发明一个实施方式获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在9nm的金薄膜上沉积厚度为32nm的二氧化钒而获得的金/ 二氧化钒复合薄膜。
具体实施例方式为了增强用于透光结构如智能节能玻璃的太阳光的红外调控能力，本发明提供了一种红外调控力增强的透光结构，以克服现有设计中的不足。本发明提供的红外调控力增强的透光结构包括透明衬底；设置在所述透明基底上的金属薄膜；和设置在所述金属薄膜上的二氧化钒薄膜。优选地，用于本发明中的金属薄膜的金属可以选自银、金、钼、铜和铝中的一种或多种，更优选地，所形成的金属薄膜的厚度为3-50nm。优选地，二氧化钒薄膜的厚度为10_150nm。可以用于本发明的透明衬底的材质包括但不限于玻璃、尖晶石、氧化铝、氧化硅、氧化锆或塑料，其中的玻璃例如可以选自石英玻璃、高硅氧玻璃、高铝玻璃、微晶玻璃或浮·法玻璃；其中的塑料例如可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯等。本发明的由金属薄膜和二氧化钒薄膜构成的二氧化钒基复合薄膜增强了太阳光的红外调控能力。通过利用本发明的透光结构，例如用于智能节能玻璃，能够在保持热致变色性能(温度变化导致薄膜近红外光透过率发生变化)的前提下，有效增强太阳光的红外调控能力，达到冬暖夏凉的效果。另外，通过利用本发明的透光结构，扩大了二氧化钒基热致变色智能节能玻璃的应用范围，具有良好的经济效益。下面将结合附图，通过实施例的方式进一步详细描述本发明的红外调控力增强的透光结构的制造过程及应用性能。应当理解，这样的描述仅用于举例说明的目的以便于充分理解和实施，本发明并不局限于此。实施例实施例I首先，在玻璃衬底I上通过溅射法沉积金属银薄膜2 :在石英玻璃衬底I上通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h2为5nm的银薄膜2。然后，在所形成的银薄膜2上溅射沉积二氧化钒薄膜3 :在银薄膜2上通过射频磁控溅射法沉积厚度Ii1为40nm的二氧化钒薄膜3。由此获得一种本发明的具有由金属薄膜和二氧化钒薄膜构成的二氧化钒基复合薄膜的透光结构，图I为示出了这样的透光结构的示意图。如图I所示，该透光结构包括玻璃衬底I、金属薄膜2和二氧化钒薄膜3，其中银薄膜2设置在玻璃衬底I上，而二氧化钒薄膜3设置在该银薄膜2上。对于本实施例I所获得的透光结构，对其用作智能节能玻璃的性能进行了电磁场有限元模拟检测，其中我们假定平面电磁场是时谐的，采用二维有限元方法进行模拟，计算子域是一个由周期性边界条件或完美匹配层环绕的结构单元，光垂直入射到结构表面，透过率通过对得到的电磁场分布计算得到。图2示出了图I所示的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后(T < T。和T > Tc)的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在5nm的银薄膜上沉积厚度为40nm的二氧化钒而获得的银/二氧化钒复合薄膜。智能节能玻璃的性能可以用ASTM/E1084-86标准来评定，即红外光的透射率的计算公式为 TNIK,S()1 = / ^NIE,sol(A)T(A)dA/ / (^瓜^入^入’其中 cKik,S()1(入)分别为空气质量为I. 5时的红外太阳辐射；红外光调节性能的计算公式为Atnik, s()1 = Tnik, sl。, s_Tnik,，其中S和m分别代表半导体相二氧化钒和金属相二氧化钒。通过计算，由实施例I获得的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构在相变温度之前(T<T。)和相变温度之后(T>T。)的红外光的透过率分别为59. 06%,31. 49%,红外光调节性能为27. 57%。为了比较,对现有采用仅采用40nm纯二氧化f凡薄膜的智能节能玻璃的透光性能进行测试，根据ASTM/E1084-86标准计算的结果如下在T < T。和T > T。的红外光的透过率分别为52. 66%,41. 96%，红外光调节性能为10. 7%。从以上获得结果可以看出，通过实施例I获得的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构在保持热致变色性能(温度变化导致薄膜近红外光透过率发生变化)的前提下，能够有效增强太阳光的红外调控能力。实施例2·以与实施例I类似的方式制备图I所示的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构。首先，在玻璃衬底I上通过溅射法沉积银薄膜2 :在石英玻璃衬底I上，通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h2为IOnm的银薄膜2。然后，在银薄膜2上通过溅射法沉积二氧化钒薄膜3 :在所形成的银薄膜2上通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h为30nm的二氧化钒薄膜3。由此获得一种具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构。同样，对于本实施例2所获得的透光结构，本发明对其性能进行了电磁场有限元模拟检测。图3示出了通过本实施例2获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在IOnm的银薄膜上沉积厚度为30nm的二氧化钒而获得的银/ 二氧化钒复合薄膜。根据ASTM/E1084-86标准进行计算，通过实施例2获得的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构在T <凡和T > T。的红外光的透过率分别为49. 29%, 24. 53%，红外光调节性能为24. 76%。为了比较,对现有采用仅采用30nm纯二氧化f凡薄膜的智能节能玻璃的透光性能进行测试，根据ASTM/E1084-86标准计算的结果如下在T < T。和T > T。的红外光的透过率分别为61. 05%,50. 24%，红外光调节性能为10.81%。由此可知，实施例2获得了与实施例I类似的效果。实施例3以与实施例I类似的方式制备图I所示的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构，只是其中使用金作为金属薄膜。首先，在玻璃衬底I上通过溅射法沉积金薄膜2 :在浮法玻璃衬底I上，通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h2为6nm的金薄膜2。然后，在金薄膜2上通过溅射法沉积二氧化钒薄膜3 :在所形成的金薄膜2上通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h为30nm的二氧化钒薄膜3。由此获得一种具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构。同样，对于本实施例3所获得的透光结构，本发明对其性能进行了电磁场有限元模拟检测。图4示出了通过本实施例3获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在6nm的金薄膜上沉积厚度为30nm的二氧化钒而获得的金/ 二氧化钒复合薄膜。根据ASTM/E1084-86标准进行计算，通过实施例3获得的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构在T <凡和T > T。的红外光的透过率分别为62. 53 %、34. 31%，红外光调节性能为28. 22%。由此可知，实施例3获得了与实施例I相同甚至更好的的效果，红外光调节力进一步增强。实施例4以与实施例I类似的方式制备图I所示的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构。
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首先，在玻璃衬底I上通过溅射法沉积金薄膜2 :在浮法玻璃衬底I上，通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h2为9nm的金薄膜2。然后，在金薄膜2上通过溅射法沉积二氧化钒薄膜3 :在所形成的金薄膜2上通过常规的射频磁控溅射法沉积厚度h为30nm的二氧化钒薄膜3。由此获得一种具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构。同样，对于本实施例4所获得的透光结构，本发明对其性能进行了电磁场有限元模拟检测。图5示出了通过本实施例4获得的透光结构在二氧化钒基复合薄膜相变前后的电磁场有限元模拟的紫外-可见-近红外透射光谱图，其中二氧化钒基复合薄膜是通过在9nm的金薄膜上沉积厚度为30nm的二氧化钒而获得的金/ 二氧化钒复合薄膜。根据ASTM/E1084-86标准进行计算，通过实施例4获得的具有本发明的二氧化钒基复合薄膜的透光结构在T <凡和T > T。的红外光的透过率分别为52. 15%,26. 44%，红外光调节性能为25. 71%。由此可知，实施例4获得了与实施例I类似的效果。以上已对本发明进行了详细描述，但本发明并不局限于本文所描述具体实施方式
。本领域技术人员理解，在不背离本发明范围的情况下，可以作出其他更改和变形。本发明的范围由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种红外调控力增强的透光结构，包括 透明衬底； 设置在所述透明衬底上的金属薄膜；和 设置在所述金属薄膜上的二氧化钒薄膜。
2.根据权利要求I所述的红外调控力增强的透光结构，其中，用于所述金属薄膜的金属选自银、金、钼、铜和铝中的一种或多种。
3.根据权利要求I所述的红外调控力增强的透光结构，其中，所述金属薄膜的厚度为3-50nm,并且所述二氧化钒薄膜的厚度为10_150nm。
4.根据权利要求I所述的红外调控力增强的透光结构，其中，所述透明衬底的材质选自玻璃、尖晶石、氧化铝、氧化硅、氧化锆或塑料。
5.根据权利要求4所述的红外调控力增强的透光结构，其中，所述玻璃选自石英玻璃、高硅氧玻璃、高铝玻璃、微晶玻璃或浮法玻璃；所述塑料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的红外调控力增强的透光结构用作智能节能玻璃的应用。
全文摘要
本发明提供了一种红外调控力增强的透光结构，其包括透明衬底、设置在所述透明衬底上的金属薄膜和设置在所述金属薄膜上的二氧化钒薄膜；本发明还涉及该透光结构用作智能节能玻璃的应用。本发明解决了现有二氧化钒智能节能玻璃红外调控力弱导致的智能节能效果差等问题。
文档编号B32B15/04GK102785433SQ20121026288
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者张璇如, 朱彦武, 胡翔, 赵元, 陆亚林 申请人:中国科学技术大学