兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术属于节能建筑材料技术领域，涉及特种玻璃，尤其涉及一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，以玻璃为基底，以二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构作为上层膜，单层氧化锌涂层作为下层膜，两层膜通过旋涂沉积法结合，其中，所述上层膜为单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构，厚度为500～600 nm；所述下层膜为单层氧化锌涂层，厚度为1000～3000 nm。本发明专利技术还公开了所述玻璃的制备方法。本发明专利技术所公开的兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，在可见光波段具有高的透过率，红外波段具有高的反射率，兼具抗反射、自清洁和辐射冷却等性能，制备方法简单高效，绿色环保，可应用在红外节能窗户上，有望工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃及其制备方法
本专利技术属于节能建筑材料
，涉及特种玻璃，尤其涉及一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃及其制备方法。
技术介绍
由于能源需求的快速增长和环境条件的恶化，节能材料和可再生资源的开发正引起广泛关注。窗户作为建筑构件，能够有效地调节穿过建筑物的太阳辐射，被视为在节能建筑材料中调节太阳能的有效部件。节能窗户可以通过改变房屋太阳能因子和太阳光谱中的辐射传输，从而控制太阳光传递的热量。然而某些节能窗户牺牲了可见光区域的透光率来调节室内能量通过，不利于日常生活使用。因此，为建筑节能应用设计和创造具有红外能量调节的新材料和物质具有重要的价值。通常，涂层的光学性质受到表面几何形状以及化学成分的影响。在表面几何形状方面，诸如纳米结构阵列的分层结构可以表现出介电常数的周期性分布，能产生光子带隙。电磁波的衰减可能限制其发射，其功能类似于反射可变波长的红外光的可重构布拉格叠层。至于化学成分的影响，比如金属氧化物因其宽带隙和大的激子结合能，在太阳能收集和红外辐射调控方面具有潜在的应用价值。此外，窗户的透过性能和清洁性能也是值得注意的两个方面。抗反射是增强窗户的光透过率的有效方法，理想的均相抗反射涂层在其折射率满足标准neff=（nans）1/2时，可以在特定波长下实现高透射率，其中na和ns分别是空气和基板的折射率。二氧化硅纳米球涂层与其他涂层堆积排布时，产生渐变的折射率层，可抑制在宽的波长范围和不同入射角上的反射。窗户自清洁的实现主要是由于其超疏水表面的水滚动除尘或通过光催化降解污染物。然而，材料的超疏水表面通常由长碳链有机物改性，其中有机官能团会增加红外辐射调制所需的红外吸收。因此，具有光催化性能的涂料因其太阳能依赖性降低而成为窗户自清洁的有效方式。二氧化钛作为一种无红外吸收干扰的无机材料，以其高光催化性能而受到广泛研究。对于光催化降解，当二氧化钛暴露在阳光下时，会与水反应产生羟基自由基，分解吸附在其表面的有机分子和微生物，然后雨水会冲走灰尘和污垢，使表面清洁。纳米级二氧化钛不会对可见光透射产生干扰，表面污染物的去除对提高透射率具有积极作用。因此，本专利技术设计一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，是以二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构作为上层膜材料，氧化锌作为下层膜材料，两层膜通过旋涂沉积法结合，可实现抗反射、自清洁和辐射冷却功能的多重结合。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的一个目的是公开一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃。技术方案：一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，以玻璃为基底，以二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构作为上层膜，单层氧化锌涂层作为下层膜，两层膜通过旋涂沉积法结合，其中，所述上层膜为单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构，厚度为500～600nm；所述下层膜为单层氧化锌涂层，厚度为1000～3000nm。二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构具有抗反射和自清洁功能，氧化锌纳米柱具有辐射冷却和固定上层膜的功能。本专利技术较优公开例中，所述单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构，其中内部核结构为二氧化硅纳米球，粒径尺寸为150～200nm，外部壳结构为二氧化钛厚度为50～100nm。进一步的，所述单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构中，所述二氧化硅和二氧化钛的摩尔比为3：1～5：1。本专利技术较优公开例中，所述单层氧化锌涂层中氧化锌形貌为纳米柱或纳米线。本专利技术的另外一个目的，在于公开了上述兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃的制备方法，包括如下步骤：a）二氧化硅纳米球的制备：溶液A配制：按照氨水：乙醇：水体积比3：16：24的比例将三者混合，配制成8mol/L溶液；溶液B配制：按照正硅酸乙酯：乙醇体积比1：23～1：46的比例配制正硅酸乙酯溶液；将溶液A与溶液B按照体积比1：1～2的比例混合搅拌均匀，离心分离并用乙醇洗涤，得到粒径为150～200nm的二氧化硅纳米球；b）二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构的制备：溶液A配制：按照二氧化硅纳米球与羟丙基纤维素质量比为1：1，将二氧化硅纳米球和羟丙基纤维素倒入乙醇中，配制成0.0208～0.0833mol/L溶液；溶液B配制：按照钛酸四丁酯与乙醇体积比为1：3.25～1：15的比例配制钛酸四丁酯溶液；在溶液B与溶液A体积比为1：8～1：9的范围内，将溶液B以5mL/min的速度缓慢注入溶液A中，在剧烈搅拌下将温度升到80～90℃并回流3h，然后离心分离并用乙醇洗涤，经60℃真空干燥8h后，300～400℃煅烧2～3h，得到二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构；c）氧化锌的制备，其中：当氧化锌存在形貌为纳米棒时：将醋酸锌倒入乙二醇甲醚中，配制成0.3～0.7mol/L溶液，70℃搅拌均匀，按醋酸锌与乙醇胺的摩尔比为1:1，加入乙醇胺，继续搅拌至反应结束，冷却、静置，老化24h，得到氧化锌溶胶；将氧化锌溶胶涂布在亲水改性后的玻璃基底表面，然后放入马弗炉中，300～400℃下煅烧2～3h；按照每50mL去离子水中溶有0.1mol/L六亚甲基四胺、0.05mol/L硝酸锌的比例配制成溶液，将煅烧后的玻璃浸入所述溶液，移至反应釜，80～100℃反应8～10h，取出冷却，去离子水洗涤、烘干，得到表面为氧化锌纳米棒涂层的基底玻璃；当氧化锌存在形式为纳米线时：将含有3g氧化锌粉末的氧化铝舟置于管式炉的中心，亲水改性后的玻璃基底放置在下游用于氧化锌纳米线的成核和生长，真空加热至1000℃并保持0.5h；反应结束后自然冷却，得到表面为氧化锌纳米线涂层的基底玻璃；d）双层红外膜玻璃的制备：将所制得的二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构超声分散在乙醇中配制成0.14mol/L溶液，然后将溶液滴在表面有氧化锌涂层的基底玻璃上，以低速500r/min，10s；高速3000r/min，20s的速度旋涂；旋涂结束后将玻璃在60℃下干燥3h，得到双层红外膜玻璃。本专利技术所述玻璃基底的亲水改性，步骤为：将浓硫酸和过氧化氢按照体积比为7：3的比例配制成食人鱼溶液，将玻璃基底浸入食人鱼溶液中，50～100℃浸渍24～48h，取出后干燥，得到亲水改性后的玻璃基底。本专利技术的特点为：（1）二氧化硅纳米球与氧化锌涂层形成渐变折射率层，具有高的抗反射性能，透过率可达到65～80%，可满足窗户透光需要。（2）二氧化钛能够降解玻璃涂层表面有机污染物，可实现玻璃的自清洁效果，并增加窗户的透光性。（3）氧化锌涂层呈有序结构生长在玻璃片上，在红外波段具有较高的反射率，可降低红外辐射，实现辐射冷却。有益效果本专利技术所公开的兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，在可见光波段具有高的透过率，红外波段具有高的反射率，并具有自清洁功能，可应用在红外节能窗户上。本专利技术公开的双层红外膜玻璃，兼具抗反射、自清洁和辐射冷却等性能，制备方法简单高效，绿色环保，有望工业化生产。附图说明图1.双层红外膜玻璃的SEM图；图2.双层红外膜材料及单层涂层的XRD对比图谱。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。除非另外限定，这里所使用的术语（包含科技术语）应当解释为具有如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，以玻璃为基底，以二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构作为上层膜，单层氧化锌涂层作为下层膜，两层膜通过旋涂沉积法结合，其特征在于：所述上层膜为单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构，厚度为500～600 nm；所述下层膜为单层氧化锌涂层，厚度为1000～3000 nm。

【技术特征摘要】
1.一种兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，以玻璃为基底，以二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构作为上层膜，单层氧化锌涂层作为下层膜，两层膜通过旋涂沉积法结合，其特征在于：所述上层膜为单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构，厚度为500～600nm；所述下层膜为单层氧化锌涂层，厚度为1000～3000nm。2.根据权利要求1所述兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，其特征在于：所述单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构，其中内部核结构为二氧化硅纳米球，粒径尺寸为150～200nm，外部壳结构为二氧化钛厚度为50～100nm。3.根据权利要求2所述兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，其特征在于：所述单层二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构中，所述二氧化硅和二氧化钛的摩尔比为3：1～5：1。4.根据权利要求1所述兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃，其特征在于：所述单层氧化锌涂层中氧化锌形貌为纳米柱或纳米线。5.制备如权利要求1-4任一所述兼具抗反射、自清洁和辐射冷却功能的双层红外膜玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：a）二氧化硅纳米球的制备：溶液A配制：按照氨水：乙醇：水体积比3：16：24的比例将三者混合，配制成8mol/L溶液；溶液B配制：按照正硅酸乙酯：乙醇体积比1：23～1：46的比例配制正硅酸乙酯溶液；将溶液A与溶液B按照体积比1：1～2的比例混合搅拌均匀，离心分离并用乙醇洗涤，得到粒径为150～200nm的二氧化硅纳米球；b）二氧化钛包覆二氧化硅核壳结构的制备：溶液A配制：按照二氧化硅纳米球与羟丙基纤维素质量比为1：1，将二氧化硅纳米球和羟丙基纤维素倒入乙醇中，配制成0.0208～0.0833mol/L溶液；溶液B配制：按照钛酸四丁酯与乙醇体积比为1：3.25～1：15的比例配制钛酸四丁酯溶液；在溶液B与溶液A体积比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，魏庚尧，杨冬亚，邱凤仙，岳学杰，顾斌，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32