高反射红外节能复合玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术属于建筑节能材料技术领域，涉及高反射红外节能复合玻璃。本发明专利技术所述高反射红外节能复合玻璃，以玻璃为基底材料，包括反射层和调节层，所述反射层为金属氧化物纳米棒，呈有序阵列结构垂直生长在基底材料表面；所述调节层为金属纳米球，负载于金属氧化物纳米棒上。本发明专利技术还公开了制备方法，包括预处理、配制金属氧化物溶胶、金属氧化物纳米棒和金属纳米球生成。本发明专利技术所公开的高反射红外节能复合玻璃，组成和结构可控，垂直于玻璃表面沿c轴方向生长，呈有序阵列结构，涂层厚度在纳米级，在可见光波段具有高的透过率，中红外波段具有高的反射率，可用于红外节能窗户。本发明专利技术所公开的制备方法，操作简单，绿色环保，得率高，有望工业化生产。

High Reflection Infrared Energy-saving Composite Glass and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of building energy-saving materials, and relates to high reflection infrared energy-saving composite glass. The high reflective infrared energy-saving composite glass of the invention takes glass as the base material, including a reflective layer and a regulating layer, which is a metal oxide nanorod and grows vertically on the surface of the base material in an ordered array structure, and the regulating layer is a metal nanosphere, which is loaded on the metal oxide nanorod. The invention also discloses a preparation method, including pretreatment, preparation of metal oxide sol, formation of metal oxide nanorods and metal nanospheres. The high reflective infrared energy-saving composite glass disclosed by the invention has controllable composition and structure, grows perpendicular to the surface of the glass along the c-axis direction, presents an ordered array structure, the coating thickness is nanometer, has high transmittance in the visible band and high reflectivity in the mid-infrared band, and can be used for infrared energy-saving windows. The preparation method disclosed by the invention has the advantages of simple operation, environmental protection and high yield, and is hopeful for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
高反射红外节能复合玻璃及其制备方法
本专利技术属于建筑节能材料
，涉及特种玻璃，尤其涉及一种高反射红外节能复合玻璃及其制备方法。
技术介绍
太阳能作为可再生的能源，具有清洁、环保、持续、可长久使用等优势，因其丰富且庞大的辐射能量在能源使用方面具有极大的潜力。目前我国已开展太阳能照明、太阳能热水器以及太阳能光伏发电等多种太阳能使用方式，然而这些手段仍面临投资成本高，使用效率低等缺点，不利于大面积的开发和使用。欧洲国家提出红外节能窗户的设计理念，将红外技术应用到传统窗户上，使其具有多种功能，该技术既可以提高太阳能的利用率，又可以避免使用其他能量来控温，实现节能环保的居住环境。所谓红外节能窗户是在玻璃表面构筑功能红外涂层，这种涂层允许可见光通过，而对处于红外波段的光进行抑制或者增强，能在炎热的天气阻挡或反射一部分阳光，在寒冷的天气从太阳捕获自由热量，以达到调节室内温度的目的。用于红外节能窗户上的涂层材料在可见光波段具有较高的透光率、在红外波段可逆性调控、并能够对外界环境变化做出响应等特点。目前红外节能材料主要有相转变材料、热致变色材料、气凝胶和声子材料等，这些材料各有特点，但也有其局限性。例如相转变材料不具有良好的透光性，热致变色材料无法对辐射光做出可逆性调控等。气凝胶复合材料虽具有导热系数高的优点，但其强度低，韧性差，长期暴露在室外环境下容易受到损坏，作为节能涂层应用在智能窗户上还有其局限性。金属氧化物是性能优越的无机功能材料，具有大的激子结合能和宽的半导体带隙。当金属氧化物纳米棒作为反射层呈阵列结构有序排布在玻璃上时，可实现可见光波段高透过和中红外波段高反射。金属颗粒具有良好的光学调控性能，当金属纳米球作为调节层负载于金属氧化物纳米棒时，可以增加其在中红外波段的反射率并且调节其在远红外波段的发射率。将该材料应用在红外节能窗户上可实现红外节能效果。
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高反射红外节能复合玻璃。技术方案：一种高反射红外节能复合玻璃，以玻璃为基底材料，依次包括反射层和调节层，其中，所述反射层为金属氧化物纳米棒，呈有序阵列结构垂直生长在基底材料表面；所述调节层为金属纳米球，负载于金属氧化物纳米棒上。反射层和调节层负载在基底玻璃同侧面之上。本专利技术较优公开例中，所述反射层厚度为500～4000nm，由直径80～150nm，长度500～2000nm的金属氧化物纳米棒构成。本专利技术较优公开例中，所述调节层厚度为20～100nm，由直径20～60nm的金属纳米球构成。所述基底材料为石英玻璃、钠玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅玻璃、硼硅玻璃中的一种或多种组合。所述金属氧化物纳米棒为氧化锌、氧化锡或氧化钛中的任一种。所述金属纳米球为金或银。本专利技术的另外一个目的，在于公开了上述高反射红外节能复合玻璃的制备方法，包括如下步骤：a）玻璃的预处理：将基底玻璃浸入食人鱼溶液中，30～90℃亲水改性24～48h，优选30℃亲水改性48h，取出后干燥，得到亲水改性后的玻璃基底；a）制备金属氧化物溶胶，其中，当金属氧化为氧化锌时：按醋酸锌与稳定剂的摩尔比为1:1，将醋酸锌倒入溶剂中，配制成0.3～0.7mol/L溶液，70～80℃下搅拌均匀，加入稳定剂，继续搅拌至反应结束，冷却、静置，老化24～48h，得到氧化锌溶胶；当金属氧化物为氧化钛时：按水:盐酸:钛酸四丁酯体积比40:40:1的比例配制氧化钛溶胶；当金属氧化物为氧化锡时：配制时按照Sn2+与OH-的摩尔比为1:10，将0.01molSnCl4·5H2O和0.1mol氢氧化钠溶于4～6mL去离子水中，加入3～5mL0.5mol/L阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠，再加入20mL正庚烷和5mL正戊烷，搅拌混合成微乳液；b）金属氧化物纳米棒的制备，其中，当金属氧化为氧化锌时：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，优选400℃下煅烧2h；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，优选90℃反应9h，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；当金属氧化物为氧化钛时：将亲水改性后的玻璃基底浸入氧化钛溶胶，移至反应釜，140～160℃反应7～9h，优选150℃反应8h；取出冷却，去离子水洗涤、烘干，450℃退火30min，得到表面为氧化钛纳米棒涂层的基底玻璃；当金属氧化物为氧化锡时：将亲水改性后的玻璃基底浸入微乳液体系，转至反应釜，200～220℃反应7～9h，优选220℃反应8h；取出冷却，去离子水洗涤、烘干，得到表面为氧化锡纳米棒涂层的基底玻璃；c）金属纳米球的制备，其中，银纳米球的制备：将表面为金属氧化物纳米棒涂层的基底玻璃放入银氨溶液中浸泡5～10min，倒入葡萄糖溶液，银镜反应结束后取出，用去离子水冲洗、烘干，得到高反射红外节能玻璃；金纳米球的制备：按照每100mL水中溶解0.04g聚乙烯吡咯烷酮和2mL0.05mol/LHAuCl4溶液的比例配制溶液，搅拌加热至100℃，向每100mL溶液加入1.2mL0.3mol/L的NaBH4溶液，再将表面为金属氧化物纳米棒涂层的基底玻璃放入溶液中浸泡5～10min，取出，用去离子水冲洗、烘干，得到高反射红外节能复合玻璃。本专利技术较优公开例中，步骤b）金属氧化物为氧化锌时所述稳定剂为乙醇胺、三乙胺或乙二醇；所述溶剂为乙醇、异丙醇或乙二醇甲醚。本专利技术较优公开例中，步骤ｃ）金属氧化为氧化锌时所述涂布为旋涂，以低速500r/min、10s然后高速3000r/min、20s的速度旋涂，每次旋涂后于200℃烘10min，重复3～6次。本专利技术较优公开例中，步骤d）所述银氨溶液，是以去离子水为溶剂，配制0.235mol/L硝酸银溶液20mL，滴加28wt%氨水至溶液从沉淀变透明，停止滴加氨水，依次加入2mL乙醇和1mL乙二醇配制成银氨溶液；所述葡萄糖溶液是以去离子水为溶剂，配制0.5mol/L葡萄糖溶液20mL。本专利技术所述的高反射红外节能窗户材料的应用，其在可见光波段具有高的透过率，中红外波段具有高的反射率，可应用在红外节能窗户上。本专利技术的特点为：（1）金属氧化物纳米棒呈有序阵列结构垂直生长在玻璃片上，在可见光波段透过率可达到75～80%，可满足窗户透光需要。（2）金属氧化物纳米棒呈有序阵列结构垂直生长在玻璃片上，在中红外波段反射率可达80～95%，可降低中红外辐射，实现辐射冷却的效果。（3）金/银纳米球负载于金属氧化物纳米棒上，可调控材料的发射率，发射率从0.884降低到0.785，进一步调控红外辐射，实现红外节能的效果。有益效果本专利技术公开的复合玻璃的组成和结构可控，垂直于玻璃表面沿c轴方向生长，呈有序阵列结构，涂层厚度在纳米级，在可见光波段具有高的透过率，中红外波段具有高的反射率，可用于红外节能窗户。本专利技术所公开的制备方法，操作简单，绿色环保，得率高，有望工业化生产。附图说明图1.垂直生长于玻璃表面的氧化锌纳米棒负载银纳米球的SEM图；图2.氧化锌纳米棒负载银纳米球的XRD图谱。具体实施方式下面结合实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高反射红外节能复合玻璃，以玻璃为基底材料，依次包括反射层和调节层，其特征在于：所述反射层为金属氧化物纳米棒，呈有序阵列结构垂直生长在基底材料表面；所述调节层为金属纳米球，负载于金属氧化物纳米棒上。

【技术特征摘要】
1.一种高反射红外节能复合玻璃，以玻璃为基底材料，依次包括反射层和调节层，其特征在于：所述反射层为金属氧化物纳米棒，呈有序阵列结构垂直生长在基底材料表面；所述调节层为金属纳米球，负载于金属氧化物纳米棒上。2.根据权利要求1所述高反射红外节能复合玻璃，其特征在于：所述反射层厚度为500～4000nm，由直径80～150nm，长度500～2000nm的金属氧化物纳米棒构成。3.根据权利要求1所述高反射红外节能复合玻璃，其特征在于：所述调节层厚度为20～100nm，由直径20～60nm的金属纳米球构成。4.根据权利要求1所述高反射红外节能复合玻璃，其特征在于：所述金属氧化物纳米棒为氧化锌、氧化锡或氧化钛中的任一种，所述金属纳米球为金或银。5.制备如权利要求1-4任一所述高反射红外节能复合玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：A)玻璃的预处理：将基底玻璃浸入食人鱼溶液中，30～90℃亲水改性24～48h，取出后干燥，得到亲水改性后的玻璃基底；B)制备金属氧化物溶胶，其中，当金属氧化为氧化锌时：按醋酸锌与稳定剂的摩尔比为1:1，将醋酸锌倒入溶剂中，配制成0.3～0.7mol/L溶液，70～80℃下搅拌均匀，加入稳定剂，继续搅拌至反应结束，冷却、静置，老化24～48h，得到氧化锌溶胶；当金属氧化物为氧化钛时：按水:盐酸:钛酸四丁酯体积比40:40:1的比例配制氧化钛溶胶；当金属氧化物为氧化锡时：配制时按照Sn2+与OH-的摩尔比为1:10，将0.01molSnCl4·5H2O和0.1mol氢氧化钠溶于4～6mL去离子水中，加入3～5mL0.5mol/L阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠，再加入20mL正庚烷和5mL正戊烷，搅拌混合成微乳液；C)金属氧化物纳米棒的制备，其中，当金属氧化为氧化锌时：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；当金属氧化物为氧化钛时：将亲水改性后的玻璃基底浸入氧化钛溶胶，移至反应釜，140～160℃反应7～9h，优选150℃反应8h；取出冷却，去离子水洗涤、烘干，450℃退火30min，得到表面为氧化...

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