專利名稱：一種無機納米透明隔熱玻璃薄膜及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種無機納米透明隔熱玻璃薄膜及其制備方法，尤其涉及一種在透明玻璃基片上通過加熱熔融玻璃化合物/納米半導體混合物形成的無機納米透明隔熱薄膜及其制備方法。
背景技術：
為解決建筑物、汽車玻璃等場所的透明隔熱問題，國內外進行了廣泛的研究和嘗試，目前市場上常見的主要有金屬鍍膜熱反射玻璃和各種熱反射貼膜等產品，以達到玻璃隔熱降溫的目的。但是這些產品存在價格高、施工不便等問題，影響了它們的應用推廣。尋找一種材料兼有良好的透明和隔熱效果且成本低從而解決玻璃的隔熱問題在節能環保方面具有廣闊的應用價值和市場前景。納米透明隔熱涂料正是在這種前提下誕生的。該發明具有卓越的透明性和對近紅外光的屏蔽作用，實用面廣、施工方便、價格相對低廉，是功能性涂料發展的一個重大突破，對國家節能減排具有十分重要的意義。
現有的納米透明隔熱涂料的基體材料均為高分子樹脂基，如專利CN101186781B、 CN101230234報道的透明隔熱涂料均采用水性聚氨酯作為成膜物質，ZL200710075879. 6采用聚丙烯酸樹脂作為納米隔熱功能粒子的粘結劑。樹脂基納米透明隔熱涂料只能在玻璃冷態狀態下進行薄膜的涂敷，無法結合現有浮法玻璃大規模在線連續制造工藝，實現納米透明隔熱薄膜的在線連續制備，同時也無法與玻璃高溫鋼化工藝相結合，充分利用玻璃浮法制造和鋼化過程中的熱能，降低生產成本和能耗。
目前，以玻璃化合物和納米半導體組成的混合物為功能物質，運用激光、微波或火焰加熱方式進行無機納米透明隔熱薄膜制造還未見報道。
發明內容
本發明的目的是為了提供一種可與浮法玻璃制造工藝相結合、易于進行大規模在線連續制造的無機納米透明隔熱薄膜，本發明的另外一個目的是提供這種無機納米透明隔熱薄膜的制備方法。
本發明的技術方案為以玻璃化合物和納米半導體組成的混合物為納米透明隔熱薄膜組成材料，該材料經過加熱熔融可在透明玻璃基片表面形成無機納米透明隔熱薄膜， 本發明可與浮法玻璃制造工藝相結合在線規模化制造和高溫鋼化處理納米透明隔熱涂膜玻璃，大大降低生產成本和能耗。
本發明的具體技術方案一種無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于無機納米透明隔熱玻璃薄膜由玻璃化合物和均勻分布在玻璃化合物中的納米半導體共同組成；其中，納米半導體在無機納米透明隔熱玻璃薄膜中的重量百分數為1 15% ；無機納米透明隔熱玻璃薄膜的厚度為0. 5 100 μ m。
根據隔熱性能要求，通過控制玻璃化合物和納米半導體混合物的用量可調節無機納米透明隔熱薄膜厚度，薄膜厚度優選1 50 μ m，更優選8 30 μ m。
優選所述的玻璃化合物為硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、鉍酸鹽玻璃或鉛酸鹽玻璃中的任意一種；玻璃化合物平均顆粒尺寸分布為0. 1 2(^!11，優選0. 5 15 μ m，更優選1 10 μ m。優選所述的納米半導體至少為納米氧化銦錫(ITO)或納米氧化錫銻(ATO)中的一種；納米半導體平均粒徑為5 lOOnm，優選10 80nm，更優選15 40nm。
本發明還提供了上述無機納米透明隔熱玻璃薄膜的方法，采用激光、微波、火焰或電加熱方式中的一種或幾種組合，使均勻分散在透明玻璃基片上的玻璃化合物和納米半導體混合物快速熔融，形成透明的無機納米透明隔熱薄膜。
優選所述的激光由半導體激光器、Nd:YAG激光器或二氧化碳激光器中任意一種輸出的激光；其中，半導體激光器輸出的激光波長為0. 8 μ m、0. 98 μ m中的任意一種，優選 0. 98 μ m ；Nd: YAG激光器輸出的激光波長為1. 06 μ m ；二氧化碳激光器輸出的激光波長為 10. 6μπι ；激光光束功率密度為IO4 108W/cm2。優選所述的微波為工業微波，微波工作頻率為2. 45GHz，功率介于10 700KW。優選所述的火焰為乙炔火焰或氫氧火焰；火焰溫度介于 1800 3000°C。所述的電加熱為硅碳棒或硅鉬棒加熱，加熱溫度為1400 1800°C。采用激光、微波、火焰或電加熱的時間一般為1-300秒；優選5-100秒。
有益效果
1.發明的無機納米透明隔熱薄膜具有比樹脂基納米透明隔熱材料更好的耐高溫性能，無機納米透明隔熱薄膜與透明玻璃基片的粘接強度高。
2.無機納米透明隔熱薄膜的制備可與浮法玻璃制造工藝相結合，易于實現納米透明隔熱薄膜大規模在線連續制造，能有效降低生產成本和能耗。
具體實施例方式
實施例1 以二氧化碳激光(波長為10.6 4!11，功率密度2\1051/(^2)為輻射光源，納米半導體為ATO (平均顆粒粒徑為35納米，市售)和硅酸鹽玻璃化合物(重量百分組成為72. 6Si02-lAl203-0. 2Fe203_8. 2Ca0-4Mg0-14 (K2O, Na2O)，平均顆粒粒徑為 10 微米，市售)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由5g納米ATO和IOOg硅酸鹽玻璃化合物組成的混合粉體均勻分散到新鮮玻璃表面(玻璃厚度為 5mm,市售)，控制混合粉體堆積厚度為25 μ m ； (2)利用二氧化碳激光均勻地輻照納米ATO/ 硅酸鹽玻璃化合物混合粉體，保持10秒左右，使納米ATO/硅酸玻璃混合物充分吸收激光能量快速熔融；C3)關閉激光后，熔融的納米ATO/硅酸鹽玻璃混合粉體快速凝固并形成厚度約18 μ m的納米透明隔熱玻璃薄膜；納米透明隔熱玻璃薄膜在700°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比和紅外光的屏蔽率均達到76%。實施例2:以氫-氧焰為加熱源(火焰溫度高達1800°C )，半導體ITO粒子(平均粒徑為28納米，市售)和磷酸鹽玻璃化合物(重量百分組成為75 205-15々1203-1(020，平均粒徑為6.5微米，市售)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由12g納米ITO和IOOg酸鹽玻璃化合物組成的混合粉體均勻地分散到新鮮玻璃表面(玻璃厚度為5mm，市售)，控制混合粉體堆積厚度為15μπι;0)將氫-氧焰均勻地噴射到納米ATO/磷酸鹽玻璃混合粉體的表面，保持約20秒左右，使納米ITO/磷酸鹽玻璃混合粉體充分吸收熱能快速熔融；(3)移去氫氧火焰后，熔融的納米ATO/磷酸鹽玻璃混合粉體快速凝固，在玻璃表面形成厚度約Ilym納米透明隔熱玻璃薄膜。納米透明隔熱玻璃薄膜在500°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為81%和紅外光的屏蔽率達到83%。
實施例3 以大功率工業微波為加熱源(頻率2. 45GHz，功率30KW)，選用納米 ATO(平均粒徑37納米，市售)和鉛玻璃化合物(組成為:45Pb0-40Si02-2Al203-13 (K2O, Na2O),平均粒徑約為3微米，自制)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由12g納米ITO和IOOg鉛玻璃化合物組成的混合粉體均勻地分散到新鮮玻璃表面(5mm厚，市售)，控制混合粉體堆積厚度為13μπι;0)將表面均勻分散有納米ATO/鉛玻璃混合物的玻璃(5mm厚，市售)置于微波輻射爐中，保持30秒左右，使納米 ATO/鉛玻璃混合物充分吸收微波能量快速熔融；C3)關閉微波，熔融的納米ATO/鉛玻璃混合粉體快速凝固，形成了厚度約為IOym的納米透明隔熱玻璃薄膜。納米透明隔熱玻璃薄膜在500°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為85%和紅外光的屏蔽率達到82%。
實施例4 以Nd: YAG激光器激光(波長為1. 06 μ m，功率密度4X 106W/cm2)為輻射光源，納米半導體為ATO (平均顆粒粒徑為35納米，市售)和硅酸鹽玻璃化合物(重量百分組成為72. 6Si02-lAl203"0. 2Fe203_8. 2Ca0_4Mg0_14 (K20，Na2O)，平均顆粒粒徑為 10 微米， 市售)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由2g 納米ATO和IOOg硅酸鹽玻璃化合物組成的混合粉體均勻分散到新鮮玻璃表面(玻璃厚度為8mm，市售)，控制混合粉體堆積厚度為30 μ m ；⑵利用Nd: YAG激光均勻地輻照納米ATO/ 硅酸鹽玻璃化合物混合粉體，保持50秒左右，使納米ATO/硅酸玻璃混合物充分吸收激光能量快速熔融；C3)關閉激光后，熔融的納米ATO/硅酸鹽玻璃混合粉體快速凝固并形成厚度約24 μ m的納米透明隔熱玻璃薄膜；納米透明隔熱玻璃薄膜在700°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為75%和紅外光的屏蔽率達到68%。
實施例5 以氫-氧焰為加熱源(火焰溫度高達2500°C )，半導體ITO粒子(平均粒徑為28納米，市售)和磷酸鹽玻璃化合物(重量百分組成為75P205-15Al203-10Li20，平均粒徑為6. 5微米，市售)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由15g納米ITO和IOOg酸鹽玻璃化合物組成的混合粉體均勻地分散到新鮮玻璃表面(玻璃厚度為5mm，市售)，控制混合粉體堆積厚度為18 μ m ； (2)將氫-氧焰均勻地噴射到納米ATO/磷酸鹽玻璃混合粉體的表面，保持約20秒左右，使納米ITO/磷酸鹽玻璃混合粉體充分吸收熱能快速熔融；(3)移去氫氧火焰后，熔融的納米ATO/磷酸鹽玻璃混合粉體快速凝固，在玻璃表面形成厚度約13 μ m納米透明隔熱玻璃薄膜。納米透明隔熱玻璃薄膜在600°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為83%和紅外光的屏蔽率達到86%。
實施例6 以大功率工業微波為加熱源(頻率2.456泡，功率6001(1)，選用納米 ATO(平均粒徑37納米，市售)和鉛玻璃化合物(組成為:45Pb0-40Si02-2Al203-13 (K2O, Na2O),平均粒徑約為3微米，自制)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由12g納米ITO和IOOg鉛玻璃化合物組成的混合粉體均勻地分散到新鮮玻璃表面(8mm厚，市售)，控制混合粉體堆積厚度為22μπι;0)將表面均勻分散有納米ATO/鉛玻璃混合物的玻璃(8mm厚，市售)置于微波輻射爐中，保持20秒左右，使納米 ATO/鉛玻璃混合物充分吸收微波能量快速熔融；C3)關閉微波，熔融的納米ATO/鉛玻璃混合粉體快速凝固，形成了厚度約為15 μ m的納米透明隔熱玻璃薄膜。納米透明隔熱玻璃薄膜在500°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為85%和紅外光的屏蔽率達到82%。
實施例7 以硅碳棒為加熱源(1450°C )，選用納米ATO (平均粒徑37納米，市售)和鉛玻璃化合物(組成為45Ι^0-403 02-2Α1203-13 (Κ20，Ν320)，平均粒徑約為3微米，自制) 為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由12g納米 ITO和IOOg鉛玻璃化合物組成的混合粉體均勻地分散到新鮮玻璃表面(8mm厚，市售)，控制混合粉體堆積厚度為22 μ m ； (2)將表面均勻分散有納米ATO/鉛玻璃混合物的玻璃(8mm 厚，市售)置于電加熱腔體(硅碳棒)中，保持300秒左右，使納米ATO/鉛玻璃混合物充分吸收微波能量快速熔融；(3)關閉電源，熔融的納米ATO/鉛玻璃混合粉體快速凝固，形成了厚度約為15 μ m的納米透明隔熱玻璃薄膜。納米透明隔熱玻璃薄膜在500°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為84%和紅外光的屏蔽率達到80%。實施例8 以電加熱硅鉬棒為熱源(170(TC)，選用納米ATO (平均粒徑37納米，市售)和鉛玻璃化合物(組成為 45Pb0-40Si02-2Al203-13 (K20, Na2O)，平均粒徑約為3微米，自制)為納米透明隔熱薄膜組成材料。無機納米透明隔熱薄膜制備過程如下(1)將由15g納米ITO和IOOg鉛玻璃化合物組成的混合粉體均勻地分散到新鮮玻璃表面(5mm厚，市售)，控制混合粉體堆積厚度為 20ym;(2)將表面均勻分散有納米ATO/鉛玻璃混合物的玻璃(5mm厚，市售)置于電加熱腔體(硅碳棒)中，保持240秒左右，使納米ATO/鉛玻璃混合物充分吸收微波能量快速熔 S蟲；(3)關閉電源，熔融的納米ATO/鉛玻璃混合粉體快速凝固，形成了厚度約為14μπι的納米透明隔熱玻璃薄膜。納米透明隔熱玻璃薄膜在500°C下能夠穩定不氧化，可見光的透射比為85%和紅外光的屏蔽率達到82%。
權利要求
1.一種無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于無機納米透明隔熱玻璃薄膜由玻璃化合物和均勻分布在玻璃化合物中的納米半導體共同組成；其中，納米半導體在無機納米透明隔熱玻璃薄膜中的重量百分數為1 15% ；無機納米透明隔熱玻璃薄膜的厚度為0. 5 100 μ m0
2.根據權利要求1所述的無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于所述的機納米透明隔熱玻璃薄膜的厚度為8 30 μ my m。
3.根據權利要求1所述的無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于所述的玻璃化合物為硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、鉍酸鹽玻璃或鉛酸鹽玻璃中的任意一種；玻璃化合物平均顆粒尺寸為0. 1 20 μ m。
4.根據權利要求3所述的無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于所述的玻璃化合物平均顆粒尺寸為1 10 μ m。
5.根據權利要求1所述的無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于所述的納米半導體至少為納米氧化銦錫或納米氧化錫銻中的一種；納米半導體平均粒徑為5 lOOnm。
6.根據權利要求5所述的無機納米透明隔熱玻璃薄膜，其特征在于所述納米半導體平均粒徑為15 40nm。
7.一種制備如權力要求1所述的無機納米透明隔熱玻璃薄膜的方法，其特征在于采用激光、微波、火焰或電加熱方式中的一種或幾種組合，使均勻分散在透明玻璃基片上的玻璃化合物和納米半導體混合物快速熔融，形成透明的無機納米透明隔熱薄膜。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述的激光由半導體激光器、Nd:YAG激光器或二氧化碳激光器中任意一種輸出的激光；其中，半導體激光器輸出的激光波長為 0.8μπι,0. 98 μ m中的任意一種；Nd:YAG激光器輸出的激光波長為1. 06 μ m ；二氧化碳激光器輸出的激光波長為10.6μπι;激光光束功率密度為IO4 108W/cm2。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述的微波為工業微波，微波工作頻率為 2. 45GHz，功率介于10 700KW ；所述的火焰為乙炔火焰或氫氧火焰；火焰溫度介于1800 30000C ；所述的電加熱為硅碳棒或硅鉬棒加熱，加熱溫度為1400 1800°C。
全文摘要
本發明提供了一種無機納米透明隔熱玻璃薄膜及其制備方法。通過加熱熔融，由玻璃化合物和納米半導體組成的混合物可在透明玻璃基片上形成性能優異的納米透明隔熱薄膜。本發明提供的無機納米透明隔熱玻璃薄膜制備方法適應性強，可根據加熱方式的不同，進行納米透明隔熱玻璃薄膜材料的選擇、設計和材料制備，可與浮法玻璃制造工藝相結合進行在線規模化制造和高溫鋼化工藝處理，大大降低生產成本和能耗。
文檔編號C03C17/23GK102503159SQ201110294819
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者倪亞茹, 徐丹, 許仲梓, 趙石林, 陸春華 申請人:南京工業大學