一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法，该功能材料以二氧化硅与钨青铜为主要原料，按质量分数100％二氧化硅，10‑15％钨青铜复合而成；制备方法为：先用溶胶‑凝胶法在催化剂的催化下制备出透明的二氧化硅凝胶，经陈化、稀释、过滤后备用；将功能钨青铜纳米粒子分散于液态醇中，经数次研磨、超声，然后与二氧化硅凝胶混合搅拌；将所得功能涂料用涂覆在玻璃片上，干燥、烧结，然后重复旋涂，直到膜厚达到所需厚度。这种方法制得的功能薄膜，与普通有机薄膜相比，保持了良好的近红外屏蔽性能，其热稳定性也得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法
本专利技术属于透明图层
，具体涉及一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法。
技术介绍
随着我国建筑面积的大幅增长，随之带来的建筑能耗问题越来越严重，对能源供应和生态环境都造成巨大压力。目前，我国建筑能耗约占社会总能耗的30％。在这些能耗中，北方冬季的供暖能耗和南方夏季的空调能耗占主要部分。门窗玻璃面积约占建筑外围结构面积的30％，是建筑与环境进行能量交换的主要通道，是造成建筑能耗的主要部位，其能量耗散约占建筑总能耗的2/3。透明隔热材料可以在保持可见光采光和视觉通透的前提下，遮蔽近红外光(波长范围1000-2500nm)的辐射，从而减少太阳能的摄入，则夏季能有效的降低空调能耗，冬季减少室内热量向外扩散，实现建筑节能的目的。近年来，利用将纳米粒子分散在透明涂层中以阻隔近红外光的研究有了很大的进展，将其应用在建筑物或者汽车的玻璃上可以减少空调的能量消耗，进而降低温室气体的排放。传统的节能窗(电致变色玻璃，气致变色玻璃等)有复杂的结构，有时还需要能量输入，分散有近红外隔离纳米粒子的透明涂层相对简单，在节能方面更高效。近红外遮蔽材料一般是指具有较强吸收或反射近红外光而又不影响其可见光透过的一类功能薄膜材料。比较广为人知的近红外屏蔽纳米材料有以下几类：贵金属(Ag，Au等)，半导体氧化物(ATO、ITO等)，稀土六硼化物(LaB6，PrB6，NdB6)。表面等离子共振使得这些纳米材料具有屏蔽近红外的性质，但是它们各自又有优缺点：含有贵金属粒子的薄膜在可见光区域的透过率较低；ATO、ITO相对稳定且在可见光区域有很高的透过率，但是它们只能有效遮蔽波长大于1500nm的近红外光线；六硼化物隔热材料只能屏蔽某段波长的近红外光，而且由于稀土六硼化物硬度较大，在制备过程中必须研磨。钨青铜(MxWO3，M为Na+,K+,Rb+,Cs+和NH4+)作为最有前景的热屏蔽材料近几年已有报导，其可见光透过率高，可以遮蔽波长大于1000nm的近红外光，因而具有更加优异的近红外遮蔽性能。在现有的技术中，中国专利CN104528829A公布了铯钨青铜粉体的制备方法；而中国专利CN104726040A公布了一种含有钨青铜的PVB浆料的制备方法；XiaoyongWu等(Nanoscale.2015.7(40):17048-17054.)制备出新颖的CsxWO3/ZnO智能窗涂层材料，不仅具有优异的隔热性能，还能在光的作用下催化分解空气中的有害的NO气体，但工艺相对复杂；另外JingxiaoLiu等(AppliedSurfaceScience.2014.309:175-180.)阐述了分散剂的选择对钨青铜纳米粒子的近红外屏蔽性能有着不可忽视的影响。
技术实现思路
针对现有问题的不足，本专利技术的目的是提供一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法；本专利技术旨在制备出性能优异的透明隔热涂层，同时优化制作工艺，提高透明涂层的热稳定性，降低应用成本。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料，以二氧化硅与钨青铜为主要原料，按质量分数100％二氧化硅，10-15％钨青铜复合而成。作为本申请的优选技术方案，所述二氧化硅是经催化剂催化，使用溶胶-凝胶法制得，催化剂选自盐酸、硫酸或氨水中的任意一种。上述钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按体积比1:1取正硅酸乙酯和无水乙醇混合搅拌，加热回流，添加催化剂，继续在70-80℃下回流反应2h，反应结束后室温下密闭陈化24h以上，用液态醇稀释，搅拌，用微孔过滤膜过滤，得二氧化硅凝胶；(2)称取钨青铜纳米粒子分散于乙醇中，分别研磨、超声，然后与二氧化硅凝胶搅拌混合，得功能涂料；(3)取洁净的玻璃基板，将步骤(2)所得功能涂料涂覆在玻璃基板上，室温下自然干燥，然后以1℃/min的升温速率升温至200℃烧结；(4)重复步骤(3)，直到玻璃基板上所得膜达到要求的厚度。作为本申请的优选技术方案，所述步骤(2)中钨青铜纳米粒子为CsxWO3，具体制备方法如下：(1)将氯化钨溶解在无水乙醇中，剧烈搅拌，得到淡黄色溶液，然后加入一水合氢氧化铯，待溶液混合均匀后，加入乙酸；(2)将所得前驱体溶液转移到高压反应釜中，于160-240℃下反应；所得深蓝色产品经离心分离后，用水和乙醇分别洗涤，最后再真空干燥，即得。作为本申请的优选技术方案，所述步骤(3)中的玻璃基板首先用无水乙醇超声清洗，然后用硫酸清洗、表面羟基化，最后去离子水超声清洗。作为本申请的优选技术方案，所述步骤(1)中催化剂是盐酸，浓度为0.01mol/L。作为本申请的优选技术方案，所述步骤(1)中选用的醇为乙醇或者乙二醇。作为本申请的优选技术方案，所述步骤(3)中涂覆方法为旋涂法或者浸提法。优选的，使用旋涂法时，转速为3000r/min，时间20s。本专利技术提供的钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料及其制备方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术用二氧化硅凝胶与钨青铜复合在玻璃基板上制备功能薄膜，由于SiO2凝胶膜光滑、致密、缺陷很少的特性，与普通有机薄膜相比，烧结后的二氧化硅薄膜有较好的热稳定性；(2)本专利技术通过实验探索出制备SiO2凝胶膜的最优工艺，在此基础上，改变二氧化硅与钨青铜纳米粒子的配比，最终发现在钨青铜可将1200nm波长近红外光的透过率由90％降低到10％。附图说明图1为涂覆有钨青铜/二氧化硅凝胶功能薄膜的玻璃的UV-Vis-NIR光谱图。其中曲线a表示的是实施例1的近红外屏蔽性能图；曲线b表示的是实施例2的近红外屏蔽性能图；曲线c表示的是实施例3的近红外屏蔽性能图；曲线d是空白的二氧化硅凝胶涂层的透过率曲线；图2为实施例2的钨青铜/二氧化硅凝胶功能薄膜的SEM图(从左至右依次为1200X，100000X)。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。实施例1：(1)取5ml正硅酸乙酯和5ml无水乙醇混合搅拌，加热回流后滴加1.61ml0.1mol/L的稀盐酸，继续在70℃下回流反应2h；反应结束后室温下密闭陈化24h，用体积比为1:3的乙醇稀释，搅拌10min，用0.2um的微孔过滤膜过滤，得SiO2凝胶；(2)称取0.05gCsxWO3纳米粒子分散于乙醇中，分别研磨、超声3次，然后与SiO2凝胶搅拌混合，CsxWO3的质量分数为10％，得功能涂料；(3)取洁净的玻璃基板，将功能涂料旋涂在玻璃基板上；旋涂转速3000r/min，时间20s；涂有功能薄膜的玻璃板于室温自然干燥，然后以1℃/min的升温速率升温至200℃烧结；(4)重复步骤3，直到玻璃板上所得膜达到要求的厚度；最后测试玻璃的近红外屏蔽性能。此方法制得的玻璃涂层的透过率曲线如图1中曲线a所示，可见光透过率为52％，近红外光透过率约为17％。实施例2：(1)取5ml正硅酸乙酯和5ml无水乙醇混合搅拌，加热回流后滴加1.61ml0.1mol/L的稀盐酸，继续在80℃下回流反应2h；反应结束后室温下密闭陈化24h，用体积比为1:2的乙醇稀释，搅拌10min，用0.2um的微孔过滤膜过滤，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料，其特征在于，以二氧化硅与钨青铜为主要原料，按质量分数100％二氧化硅，10‑15％钨青铜复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料，其特征在于，以二氧化硅与钨青铜为主要原料，按质量分数100％二氧化硅，10-15％钨青铜复合而成。2.根据权利要求1所述的钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料，其特征在于，所述二氧化硅是经催化剂催化，使用溶胶-凝胶法制得，催化剂选自盐酸、硫酸或氨水中的任意一种。3.权利要求1所述的钨青铜/二氧化硅凝胶隔热功能材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按体积比1:1取正硅酸乙酯和无水乙醇混合搅拌，加热回流，添加催化剂，继续在70-80℃下回流反应2h，反应结束后室温下密闭陈化24h以上，用液态醇稀释，搅拌，用微孔过滤膜过滤，得二氧化硅凝胶；(2)称取钨青铜纳米粒子分散于乙醇中，分别研磨、超声，然后与二氧化硅凝胶搅拌混合，得功能涂料；(3)取洁净的玻璃基板，将步骤(2)所得功能涂料涂覆在玻璃基板上，室温下自然干燥，然后升温烧结；(4)重复步骤(3)，直到玻璃基板上所得膜达到要求的厚度。4.根据权利要求3所述的钨青铜/二氧化硅隔热功能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中钨青铜纳米粒子为Cs...

【专利技术属性】
技术研发人员：林保平，王淑敏，孙莹，张雪勤，杨洪，胡慕，刘沙沙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32