一种钨青铜掺杂隔热玻璃及其制备方法技术

本申请涉及一种钨青铜掺杂隔热玻璃及其制备方法。该制备方法包括：S1，在钨青铜纳米颗粒的表面包裹二氧化硅层，制得二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒；S2，对玻璃基体的上表面进行加工，使玻璃基体的上表面具备矩阵式排列的凹槽微结构；S3，将二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒与玻璃粉混合后，制得混合粉末，将混合粉末涂覆在玻璃基体的上表面；S4，将表面涂覆有混合粉末的玻璃基体在空气氛围中烧结和退火，制得钨青铜掺杂隔热玻璃。本申请通过二氧化硅壳封装提高了钨青铜纳米颗粒的高温稳定性，利用玻璃基体表面的凹槽微结构增强了钨青铜掺杂玻璃层的耐磨性、热稳定性和耐久性，在空气氛围下烧结和退火，获得优异的钨青铜掺杂隔热玻璃。隔热玻璃。隔热玻璃。

【技术实现步骤摘要】
一种钨青铜掺杂隔热玻璃及其制备方法


[0001]本申请属于隔热材料
，尤其是涉及一种钨青铜掺杂隔热玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，频发的极端高温天气给人类的生存环境和能源负荷造成了愈发严峻的压力。建筑全过程碳排放总量的已经达到全国碳排放总量的50%以上，且建筑能耗和碳排放量仍在逐年增长。高温天气下的空调制冷能耗是建筑的主要能耗之一，建筑物室内/室外的热量交换中，约50%的热量通过玻璃窗户进行，另外50%的热量交换通过墙壁、屋顶、地板等围护结构进行。因此，利用具备近红外光屏蔽功能的透明隔热玻璃降低室内高温、减少制冷能耗，具备极大的环境效益和经济效益。
[0003]能够实现近红外屏蔽功能的无机纳米粒子包括铟掺杂氧化锡（ITO）、锑掺杂氧化锡（ATO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、二氧化钒（VO2）和W
18
O
49
等。相比而言，钨青铜纳米颗粒因为具备较高的可见光透过率、较低的近红外光透过率，同时成本较低（不含稀土元素）而备受关注，涂覆钨青铜涂层的玻璃可以在确保室内采光充足的情况下，屏蔽40%以上的太阳辐射能量进入室内，在热带/亚热带地区可以显著降低室内高温温度和建筑制冷能耗。
[0004]然而目前的含钨青铜有机薄膜均存在耐久性和热稳定性不足的问题。如，专利CN111361183A 公开了一种抗紫外隔热无机纳米太阳膜及其制备方法，其在隔热胶层中添加含有钾钨青铜颗粒的隔热涂料，在抗紫外层添加苯并三嗪类紫外吸收剂，制备有机薄膜；专利CN104610710B 公开了一种高效阻隔紫外线及近红外线PET膜及其制备方法，其利用钨青铜颗粒、氧化锡锑颗粒、PET树脂、光稳定剂为主要成分制备有机薄膜。上述专利中制备的透明隔热层，均采用有机薄膜+无机纳米颗粒复合的方式，但建筑玻璃的使用寿命可达几十年，而有机薄膜在光照和高温下容易老化，另外，钨青铜颗粒在强紫外线、湿热、碱性或氧化环境下是不稳定的，容易被氧化并失去近红外屏蔽能力，这些将钨青铜颗粒直接与有机高分子材料混合制备的薄膜，很难长期保持其选择性吸光的特性。
[0005]专利 CN 108483934 A 公开了一种在玻璃表面涂覆含钨青铜纳米颗粒的无机涂层的制备方法，将二氧化硅醇凝胶与钨青铜纳米颗粒混合后涂覆在玻璃表面，在200℃干燥后获得均匀平滑的无机涂层，该涂层因含有钨青铜纳米颗粒因此具有透明隔热功能；该涂层是由二氧化硅醇凝胶干燥后收缩而成的致密气凝胶，由纳米粒径的无定型二氧化硅颗粒堆砌而成，避免了有机涂层的老化问题和钨青铜纳米颗粒的氧化与分解。但是该气凝胶涂层同时具有较大的脆性和较低的力学强度，且涂层与玻璃的结合强度较低，在室外自然条件下容易破损和脱落。
[0006]专利CN108265263A 公开了一种碱金属钨青铜薄膜的制备方法，其利用磁控溅射、热蒸发或等离子沉积的方法，在含碱金属（钠或/和钾）玻璃表面沉积亚化学计量比的氧化钨薄膜，然后在非氧化性气氛或真空环境中在350
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750℃退火，利用热扩散效应使玻璃中的钠（钾）元素进入氧化钨层，生成钠（钾）钨青铜薄膜。与有机薄膜相比，该方法可以获得表面
强度高、耐久性良好的透明隔热玻璃，但其使用的磁控溅射等沉积镀膜方法、以及非氧化气氛/真空环境下退火的工艺，均设备昂贵、成本较高，不利于规模化的生产。
[0007]鉴于现有的透明隔热玻璃（此处特指基于钨青铜、二氧化钒、氧化铟锡等功能性纳米粒子实现的近红外光屏蔽玻璃），其隔热涂层以有机薄膜或夹层填充为主，存在表面强度低、热稳定性和耐久性差的问题；而以磁控溅射和非氧化氛围/真空烧结法实现的表面掺杂钨青铜玻璃，存在工艺复杂，成本相对较高，难以实现规模化生产的问题；因此需要提供一种制备工艺简单，生产成本较低，且表面强度、热稳定性和耐久性较高的隔热玻璃的制备方法。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术的不足，本申请提供了一种钨青铜掺杂隔热玻璃及其制备方法，所述钨青铜掺杂隔热玻璃的制备工艺简单，生产成本低，且制备的钨青铜掺杂隔热玻璃具备优异的隔热性能和采光性能，同时表面硬度高、耐磨性好、热稳定性和耐久性优异。
[0009]为此，本申请第一方面提供了一种钨青铜掺杂隔热玻璃的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1，在钨青铜纳米颗粒的表面包裹二氧化硅层，制得二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒；S2，对玻璃基体的上表面进行加工，使玻璃基体的上表面具备矩阵式排列的凹槽微结构；S3，将所述二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒与玻璃粉均匀混合后，制得混合粉末，将所述混合粉末涂覆在玻璃基体的上表面；S4，将表面涂覆有所述混合粉末的玻璃基体在空气氛围中进行烧结和退火，制得所述钨青铜掺杂隔热玻璃。
[0010]钨青铜纳米颗粒在真空或惰性气氛下的热稳定性良好，但在空气氛围下中易氧化和失效，尤其在300
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600℃的温度下会迅速被氧化和分解，导致其选择性吸光特性丧失，因此在空气氛围下难以对钨青铜纳米颗粒进行高温烧结加工，因此目前公开的高温合成钨青铜掺杂玻璃技术均在真空或惰性气氛下进行。为此本申请所述方法首先利用二氧化硅对钨青铜纳米颗粒进行壳封装，通过隔绝钨青铜纳米颗粒与空气的接触使得钨青铜纳米颗粒的耐高温性能显著提升，同时钨青铜表面的无定型二氧化硅在退火过程中还能与玻璃粉和玻璃基体发生固相胶结，从而在高温烧结下成功将钨青铜纳米颗粒掺杂进玻璃基体的表层，也即在玻璃基体上形成钨青铜掺杂玻璃层，获得了隔热性好、表面硬度和耐磨性高、热稳定性和耐久性优异的钨青铜掺杂隔热玻璃，具体的结构示意图如图1所示，可以较好地应用于智能隔热窗、汽车隔热玻璃和零碳建筑改造等领域。
[0011]本申请在玻璃基体上表面加工的矩阵式排列的凹槽微结构具有如下作用：1）在混合粉末的涂覆加工过程中，避免因玻璃表面光滑导致的粉末涂层厚度不均和震动滑落等问题；2）增强了钨青铜掺杂玻璃层与玻璃基体的结合强度，同时凹槽微结构保留了玻璃基体的骨架，使得最终成型的隔热玻璃表面具有良好的耐磨性和机械强度；3）钨青铜掺杂玻璃层在吸收大量近红外光后日间的表面温度可以达到80℃，夜间温度则与室温相仿，凹槽微结构增加了玻璃基体与钨青铜掺杂玻璃层的传热面积，并减少了分层交界处的体积变化和
集中应力，大大降低了钨青铜掺杂玻璃层在反复的温度变化中发生破裂的风险，增加了隔热玻璃的耐久性和热稳定性。
[0012]另外，本申请所述方法是通过烧结进而在玻璃基体上形成新的钨青铜掺杂玻璃层，进而制成钨青铜掺杂隔热玻璃，制备过程不需要使用昂贵的磁控溅射设备；且在空气氛围下烧结，不使用真空炉和惰性气体，大大简化了生产工艺，降低了生产成本，利于规模化生产。
[0013]本申请中，所采用的钨青铜纳米颗粒中钨青铜的结构式为M
x
WO3（0＜x＜1），M选自Li、Na、K、Rb、Cs、Ta、H、NH4、Ca、Ba、Cu、Ti、Ag和Nb中的一种或多种。
[0014]需要说明的是，根据结构式中M的具体种类，钨青铜纳米颗粒的具体名称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨青铜掺杂隔热玻璃的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，在钨青铜纳米颗粒的表面包裹二氧化硅层，制得二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒；S2，对玻璃基体的上表面进行加工，使玻璃基体的上表面具备矩阵式排列的凹槽微结构；S3，将所述二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒与玻璃粉均匀混合后，制得混合粉末，并将所述混合粉末涂覆在所述玻璃基体的上表面；S4，将表面涂覆有所述混合粉末的玻璃基体在空气氛围中进行烧结和退火，制得所述钨青铜掺杂隔热玻璃。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒中二氧化硅层的平均厚度为1~30nm；和/或所述钨青铜纳米颗粒的粒径为1~100nm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒的制备方法包括：T1，将钨青铜纳米颗粒与无水乙醇混合后进行超声分散，获得混合溶液；T2，在所述混合溶液中加入正硅酸乙酯，在50~70℃下搅拌反应10~20小时，获得混悬液；T3，对所述混悬液进行固液分离，对固相的反应产物进行洗涤和干燥后，制得所述二氧化硅壳封装的钨青铜纳米颗粒。4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述凹槽微结构中凹槽的形状选自多棱锥形、多棱柱形、圆锥形、圆柱形...

【专利技术属性】
技术研发人员：潮洛蒙，彭立华，马永红，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：