一种金属纳米线网和二氧化钒的复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种金属纳米线网和二氧化钒的复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）配制金属纳米线涂覆液；（2）将金属纳米线涂覆液以下述方式中的一种或多种与VO2复合，即可制备出金属纳米线网和VO2的复合薄膜：（a）涂覆于基板形成金属纳米线网，再于所述金属纳米线网上涂覆VO2膜层；（b）直接涂覆于已制备的VO2膜层之上形成金属纳米线网；（c）与纳米VO2粉体的涂覆液混合后再涂覆于基板；（d）VO2薄膜和金属纳米线网分别覆于基板的两个表面。本发明专利技术制备工艺简单，环保、节能，且具备低温、大面积和低成本生产的优势。

Preparation method of composite film of metal nanowire network and two vanadium oxide

Method for preparing composite film of the invention relates to a metal nano wire and two vanadium oxide, which comprises the following steps: (1) the preparation of metal nano wire coating; (2) the metal nanowires coated with liquid in the following manner in one or more VO2 composite, prepared metal composite films nano wire net and VO2: (a) coated on the substrate to form a metal nano wire, and then to the online VO2 film coated metal nanowires; (b) directly coated on the prepared VO2 film formed on metal nanowire networks; (c) coated with the mixture of nano VO2 powder after the coating on the substrate; (d) two VO2 film and metal nano wire are respectively coated on the substrate. The invention has the advantages of simple process, environmental protection and energy saving, and has the advantages of low temperature, large area and low cost production.

【技术实现步骤摘要】
一种金属纳米线网和二氧化钒的复合薄膜的制备方法
本专利技术属于建筑节能能材料
，具体涉及了一种金属纳米线网和VO2的复合薄膜的制备方法及其在建筑玻璃节能涂层方面的应用。
技术介绍
节能是时代的主题。根据我国最新能源消耗数据，建筑能耗约已占社会总能耗的33％，是仅次于工业的第二大“能耗户”。建筑能耗当中，由于隔热性差及太阳能利用率低下等问题所引起的采暖制冷能耗所占比例最大；而从建筑构建来看，玻璃窗作为建筑与环境进行能量交换的主要通道而具有决定性作用。研究表明，通过窗玻璃的能量交换在冬季和夏季分别占总交换能量的48％和71％。所以窗户节能是建筑节能的重中之重。在太阳光谱中，具有显著热效应的近红外光占有50％的能量，这部分能量在冬天引入室内有利于提高室内温度及居住的舒适度，但夏天进入室内会增加空调负荷。VO2材料在68℃附近发生金属-绝缘体相变，可依据环境温度变化大幅度调节建筑玻璃对近红外光的摄入量。冬天环境温度低于相变点时，近红外光可以透过VO2薄膜进入室内，维持室内温度；夏天温度高于相变点时，红外光的透过受到抑制，可降低室内温度、减少制冷消耗。VO2材料已被认为时新一代高效智能节能窗的关键材料之一。但是，对于建筑节能来说，除了太阳热辐射区域的光热利用外，还需要考虑室温物体黑体辐射区域(波长范围4.5～25μm)的能量控制。尤其是在冬季时，由于VO2镀膜玻璃的发射率较高(0.82-0.84)，室内的大量热量通过吸收和二次辐射方式流失到室外，又增加了其采暖消耗。甚至研究表明，在不改善VO2玻璃发射率的情况下，其智能窗的节能效果甚至不及普通玻璃。因此，赋予VO2镀膜玻璃(或涂层)低发射率效果是进一步提升该种智能节能窗节能效率的关键。目前用来降低VO2薄膜发射率的体系主要采用镀制透明导电薄膜(包括Au、Ag等金属材料或ATO、FTO等掺杂氧化物材料)或者是将其纳米粒子与VO2材料复合的形式。但不管是哪种形式，导电金属及掺杂氧化物在近红外光区的等离子体共振吸收都使VO2的智能调光效果受到抑制，同时其可见光透过率也弱化严重，影响其使用性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供了一种金属纳米线网和VO2的复合薄膜的制备方法和应用。本专利技术提供一种金属纳米线网和VO2的复合薄膜的制备方法，其包括以下步骤：(1)配制金属纳米线涂覆液；(2)将金属纳米线涂覆液以下述方式中的一种或多种与VO2复合，即可制备出金属纳米线网和VO2的复合薄膜：(a)涂覆于衬底形成金属纳米线网，再于所述金属纳米线网上涂覆VO2膜层；(b)直接涂覆于已制备的VO2膜层之上形成金属纳米线网；(c)与纳米VO2粉体的涂覆液混合后再涂覆于衬底；(d)VO2薄膜和金属纳米线网分别覆于基板的两个表面。本专利技术采用金属纳米线网为透明低发射率层，将波长大于网孔尺寸的中远红外光反射(即低发射性质)，同时又维持体系在可见-近红外区域高的透过率，从而实现了低发射和智能调光性质的兼顾。此外，本专利技术制备工艺简单，环保、节能，且具备低温、大面积和低成本生产的优势。本专利技术中，所述金属纳米线为银纳米线、铜纳米线、金纳米线、和铝纳米线中的至少一种。较佳地，金属纳米线的直径范围为5～200nm，长度与直径之比范围为1～5000。较佳地，所述金属纳米线涂覆液中，溶剂为异丙醇、酒精、水、环己烷中的至少一种，金属纳米线的浓度为0.01～0.10g/mL。较佳地，金属纳米线网通过旋涂法、辊涂法、喷涂法或者磁控溅射法获得。较佳地，VO2膜层通过旋涂法、辊涂法、喷涂法、气相沉积法或者磁控溅射法获得。较佳地，金属纳米线网的平均网孔尺寸范围为100～1100nm。具有这样的平均网孔尺寸的金属纳米线网能将波长大于网孔尺寸的中远红外光反射，从而使复合膜具有低发射率。较佳地，纳米VO2粉体的粒径为10～200nm。较佳地，纳米VO2粉体的涂覆液中，溶剂为异丙醇、乙醇、水、乙酸乙酯中的至少一种，纳米VO2粉体的固含量为2％～4％。本专利技术中，可以通过金属纳米线网的层数/厚度来调节复合膜的发射率。附图说明图1为本专利技术的复合膜的一个示例的结构示意图；图2为本专利技术的复合膜的另一示例的结构示意图；图3为本专利技术的复合膜的又一示例的结构示意图；图4为本专利技术的复合膜的又一示例的结构示意图；图5为通过FDTD软件计算出来的不包含金属纳米线网的膜层、本专利技术的复合膜层在300-2600nm处的透过率曲线(实线为20℃，虚线为90℃)，从图中可以看出不包含金属纳米线网的膜层与本专利技术的复合膜层结构均有较好的热致变色性能；图6为通过FDTD软件计算出来的不包含金属纳米线网的膜层、本专利技术的复合膜层在400-18000nm处的反射率曲线(实线为20℃，虚线为90℃)，从图中可以看出本专利技术的复合膜层结构在1500-18000nm范围内的反射率无论在高温时还是低温时都比不包含金属纳米线网的膜层的反射率高，说明了本专利技术的复合膜层结构有较低的发射率；图7为VO2(a)、AgNWs(b)及AgNWs-VO2(c)涂层的XRD结果。其中复合涂层的热处理温度为250℃。从XRD结果可以看到经热处理后涂层以VO2和AgNW复合相为主；图8为AgNWs-VO2涂层的SEM。可以看到AgNWs交织成网络，并含有较大孔洞；VO2纳米粒子则均匀分布于整个膜层；图9为不同Ag纳米线添加量的复合涂层的光学性质。从图中可以看出AgNWs的引入，对涂层近红外光调节效率的影响较小，表明该结构相对于连续金属膜体系在保持近红外热调节能力方面具有更大优势；图10为不同AgNW添加量样品在50℃红外热成像图。从图中可以看出Ag纳米线的引入及含量的增加，使涂层的热发射温度显著降低，材料的保温性能获得提升。由热成像仪所测得的温度计算得到图9中a→g样品的发射率分别为0.70,0.62，0.50，0.41，0.34，0.25，0.21，可知本专利技术所得的涂层具有明显的低发射性质。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术的复合膜包括二氧化钒薄膜、和由金属纳米线相互交织而成的金属纳米线网。其中，二氧化钒薄膜具有热致变色性质，可以响应环境温度变化调节透过的近红外光；金属纳米线网是一种非连续膜层，平均网孔尺寸范围为100nm～100μm(规则网孔)或100nm～1110nm(不规则网孔)，能将波长大于网孔尺寸的中远红外光(波长4.5～25μm)反射(即低发射性质)，同时又维持体系在可见-近红外区域高的透过率，因此本专利技术可以实现低发射和智能调光性质的兼顾。本专利技术的复合膜，其发射率为0.21～0.70，其智能调光性质可以通过图9的高低温透过率曲线看出。下面表1是通过积分获得的，Tsol表示的智能调光的性质，也即是热致变色的性质：表1样品I样品II样品III样品IV样品V样品VI样品VITlum-H59.7355.4753.3048.4145.7943.1740.33Tlum-L60.7155.9754.2349.3346.7043.9341.14Tsol差8.448.217.386.926.736.125.80另外，本专利技术的复合膜还可以包括透明基板。以下，作为示例，说明该复合膜的具体结构。复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米线网和VO2的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配制金属纳米线涂覆液；（2）将金属纳米线涂覆液以下述方式中的一种或多种与VO2复合，即可制备出金属纳米线网和VO2的复合薄膜：（a）涂覆于基板形成金属纳米线网，再于所述金属纳米线网上涂覆VO2膜层；（b）直接涂覆于已制备的VO2膜层之上形成金属纳米线网；（c）与纳米VO2粉体的涂覆液混合后再涂覆于基板；（d）VO2薄膜和金属纳米线网分别覆于基板的两个表面。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线网和VO2的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配制金属纳米线涂覆液；（2）将金属纳米线涂覆液以下述方式中的一种或多种与VO2复合，即可制备出金属纳米线网和VO2的复合薄膜：（a）涂覆于基板形成金属纳米线网，再于所述金属纳米线网上涂覆VO2膜层；（b）直接涂覆于已制备的VO2膜层之上形成金属纳米线网；（c）与纳米VO2粉体的涂覆液混合后再涂覆于基板；（d）VO2薄膜和金属纳米线网分别覆于基板的两个表面。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米线为银纳米线、铜纳米线、金纳米线、和铝纳米线中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，金属纳米线的直径范围为5～200nm，长度与直径之比范围为1～5000。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，罗琳琳，张宗涛，陈长，崔晓鹏，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31