红外反射隔热玻璃的研究进展

崔芳铭　赵洪凯

【摘 要】掺杂ITO、SnO2等纳米氧化物薄膜玻璃对光谱具有选择性透过的功能，透过可见光又能阻挡红外线、远红外线、紫外线以及热辐射。在玻璃表面涂覆纳米氧化锡通常有三种方法：一是，在普通玻璃表面镀一层或多层氧化物，工艺比较复杂、投资比较大，虽然其有较好的节能效果和较高的可见光透过率，但价格高；二是，制造纳米氧化物有机膜黏贴玻璃，有机膜是由多层坚韧的聚酯薄膜磁控溅射功能氧化物等工艺制成，贴膜制造工艺比较复杂，成本高；三是，制造成涂膜玻璃，在玻璃表面通过一定工艺涂一层透明隔热涂料，成本较低。此外，利用基底表面的功能化自组装膜层对前驱体溶液的诱导作用，在亲水性液相中低温沉积，得到与基底结合紧密、结构致密均一、厚度可控的二氧化锡纳米晶态薄膜。

【关键词】纳米；二氧化锡；隔热玻璃；红外反射

0 引言

隔热玻璃发源于美国，主要以掺杂ITO、SnO2为主要物质的单层或多层膜吸附于玻璃表面达到隔热目的，1981年登陆欧洲，1985年在日本开始得到应用，在我国尚处于起步阶段前景广阔。

1 红外反射隔热玻璃的研究概况

1.1 纳米氧化锡的研究

纳米氧化锡是n型半导体[1]，具有优良的导电性、高透射、耐候性和稳定性、耐强酸、强碱和机械磨损，纳米氧化锡具有明显的表面效应、体积效应、和量子隧道效应，所以它具有很多普通材料和微米材料所不具备的独特的物理化学性能，如减反射、抗辐射、红外反射等功能，应用于建筑低辐射玻璃、红外吸收隔热材料等领域中。制备纳米氧化锡的方法很多，包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法、微波法，共沉淀法、微乳液法等等。其中用途最为广泛的是溶胶-凝胶法和水热法[2]。溶胶-凝胶法制得的氧化锡颗粒尺寸均一，可控性高，比表面积大烧结温度低，但颗粒极易团聚[3]。水热法制得的晶体发育完整，粒度小，且无需高温热处理，颗粒分散性好；但是产出率不高。

1.2 国内外红外反射氧化锡隔热玻璃现状和存在问题

对于普通玻璃通常存在三种方法进行节能处理，一是将普通玻璃制造成镀膜玻璃；二是制造成贴膜玻璃；三是制造成涂膜玻璃。镀膜玻璃是在玻璃的表面镀一层或多层金属、合金或化合物，以改变玻璃的性能。一般可分为热反射玻璃和低辐射玻璃。但是镀膜玻璃的生产工艺比较复杂，而且工艺设备投资比较大，虽然其有较好的节能效果和较高的可见光透过率，但价格高，难以满足大众的需求，而且也不适用于既有建筑节能改造[4]。贴膜玻璃是由玻璃和有机薄膜两部分组成。膜是有多层坚韧的聚酯薄膜经本体染色、紫外线吸收剂注入、磁控溅射、多层复合、涂胶等工艺制成。这种玻璃膜可以直接装贴在玻璃表面使其具有极强的韧性，配合不同种类的膜和玻璃可达到不同层次的安全和节能效果。它在保证可见光透过率尽可能高的条件下，阻止室内辐射能量传递，达到节能效果，起了冬暖夏凉的作用。但是贴膜制造工艺比较复杂，使用设备价格高，因而使贴膜成本高，在建筑物玻璃上难以接受[5]。

涂膜玻璃是在玻璃表面通过一定的工艺涂上一层透明隔热涂料，在满足室内采光需要的同时（较高的可见光透过率），又使玻璃具有一定的隔热功能。采用此种玻璃涂膜技术对普通玻璃进行节能降耗处理，其成本低、操作简单，能够为大众所接受。国外对隔热涂料的研究较早，美国、日本、韩国等在透明隔热涂料方面已经申请了较多专利。日本三箭公司研制出一种可以过滤太阳辐射但不影响采光的高性能涂料，目前该涂料在日本已广泛应用于建筑物玻璃的节能降耗处理。涂膜后的普通玻璃能够在不影响采光的前提下，削减68%的红外线和95%的紫外线。目前国内对ATO粉体的研究较多，而对ATO隔热浆料的研究则刚刚起步。华东理工大学对ATO浆料的制备进行了研究，探讨了浆料稳定的机理及分散剂的使用效果，制取的ATO浆料主要应用在织物防静电等方面。在国家节能减排的号召下，国内如北京、上海、广州等地不少企业正在研究透明隔热涂料，但很多只限于购买国外的隔热浆料再进行配制。国外的隔热浆料价格昂贵，而且技术对外也高度保密，隔热涂料的关键是隔热浆料，能实现国产化研发则可极大降低成本[6]。

1.3 隔热薄膜材料的新型低温溶液制备技术

将带有亲水性功能基团（如磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）等）组装到基底上，再将经表面功能化的基底浸入到前驱体的过饱和溶液中，通常反应温度低于100℃，通过组装诱导异相成核或胶体粒子的吸附，实现无机物在基底表面的结晶和生长的，薄膜材料具有结构均一致密、厚度和形态可控等优点[7]。Shirahata[8]等人利用亲水性液相沉积制备了二氧化锡薄膜，翟怡等[9]利用低温水溶液中制备纳米晶态薄膜材料，在单晶硅或玻璃基底表面制备出与基底结合紧密、结构致密均一、厚度可控的二氧化锡纳米晶态薄膜。

2 结论

节能玻璃窗可以透过可见光，但是阻挡红外线、远红外线等热辐射光，比普通玻璃窗节能75%，前景广阔。目前主要以掺杂ITO、SnO2为主要物质的单层或多层膜吸附于玻璃表面达到隔热目的。对于普通玻璃通常存在三种方法进行节能处理，一是将普通玻璃制造成镀膜玻璃，二是制造成贴膜玻璃，三是制造成涂膜玻璃，此外还有隔热薄膜材料的新型低温溶液制备技术。

【参考文献】

[1]古凤才，赵竹萱，李英慧，等.表面修饰二氧化锡纳米微晶的制备与表征[J].物理化学学报，2003，19（7）：621-625.

[2]江国栋，王庭慰，沈晓冬.sol-Gel法制备纳米SnO2掺杂PMMA透明复合材料[J].材料科学与工艺，2005（5）：544-547.

[3]王辉，杨旸.玻璃镀膜在建筑中的多种应用[J].四川建筑学研究，2011，37（3）：282-285.

[4]王东新，钟景明，BAO X，等.水热合成法对纳米氧化锡粉体粒径和形貌的控制研究[J].无机化学学报，2008，24（6）：892-896.

[5]涂料工艺编委会.涂料工艺[M].3版.北京：化学工业出版社，1997：594-693.

[6]王建.超声波-溶胶-凝胶法制备超细二氧化锡粉体的研究[D].昆明：昆明理工大学，2002：14-16.

[7]张贵军，陈中华，曹幸荣.纳米ATO在有机单体介质中的表面改性及分散研究[J].功能材料，2009，40（11）：1918-1921.

[8]Shirahata N， Masuda Y， Yonezawa T， et al.， Control over film thickness of SnO2ultrathin film selectively deposited on a patterned self-Assembled monolayer，Langmuir，2002， 18， 10379～10385.

[9]翟怡.自组装功能膜诱导合成纳米二氧化锡晶态薄膜的研究[D].天津：天津大学，2007.

[责任编辑：杨玉洁]