本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種智能溫控膜與其的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

窗膜在汽車和建筑領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)窗膜一旦產(chǎn)品成型就無法改變其物理性質(zhì)，無法根據(jù)外界條件自動調(diào)節(jié)隔熱率，在寒冷的冬季，人們需要更多的熱量入射到室內(nèi)，顯然傳統(tǒng)的窗膜無法達(dá)到這樣的效果。為了獲得節(jié)能效果更好的窗膜，研究人員把目光轉(zhuǎn)向智能溫控窗膜，這種窗膜可以通過外界溫度的改變來調(diào)節(jié)其透光率，是一種具有實際應(yīng)用價值的窗膜。

華中科技大學(xué)發(fā)明了一種智能調(diào)控復(fù)合膜玻璃(申請?zhí)枮?01010545724.6)，該玻璃可以根據(jù)環(huán)境溫度智能調(diào)節(jié)近紅外的反射率，在高溫環(huán)境下阻擋太陽熱輻射，在低溫環(huán)境透射太陽熱輻射。周少波發(fā)明了一種相變型二氧化釩薄膜結(jié)構(gòu)(申請?zhí)枮?01420160155.7)，該薄膜結(jié)構(gòu)在高溫時具有反射紅外光的功能，低溫下具有透過紅外光的功能，實現(xiàn)了溫度的自動調(diào)節(jié)。

太陽熱量主要集中在近紅外區(qū)域，而上述智能溫控窗膜在近紅外區(qū)域不同溫度下透過率變化不大，調(diào)溫效果不明顯。

本項目組也曾提出一種五層結(jié)構(gòu)的智能溫控窗膜(申請?zhí)枮閏n201410568704.9)，該智能溫控窗膜在近紅外區(qū)域不同溫度下透過率變化不大，調(diào)溫效果不明顯，并且該智能溫控窗膜的中間層為金屬層，金屬層的化學(xué)性質(zhì)活潑，容易被氧化，影響溫控的效果，并且金屬的價格昂貴，不利于該智能溫控窗膜的生產(chǎn)成本的控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種智能溫控膜與其的應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的智能溫控膜在近紅外區(qū)域不同溫度時的調(diào)溫效果差的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種智能溫控膜，該智能溫控膜包括基材層與設(shè)置在上述基材層表面上的溫控單元，上述溫控單元包括：多個二氧化釩層與多個折射層，其中，各上述二氧化釩層的相變溫度在20～40℃之間；折射層與上述二氧化釩層交替設(shè)置，各上述折射層的折射率小于上述二氧化釩層的折射率。

進(jìn)一步地，各上述二氧化釩層摻雜有雜質(zhì)離子，上述雜質(zhì)離子的重量占上述二氧化釩層的重量的1％～5％。

進(jìn)一步地，上述雜質(zhì)離子為nb、mo與w中一種或多種。

進(jìn)一步地，上述二氧化釩層的厚度在30～120nm之間。

進(jìn)一步地，上述折射層的折射率在1.3～1.6之間，優(yōu)選上述折射層為sio2層或mgf2層。

進(jìn)一步地，上述折射層的厚度在30～200nm之間。

進(jìn)一步地，上述溫控單元中上述二氧化釩層的個數(shù)與上述折射層的個數(shù)之和為20。

進(jìn)一步地，上述溫控單元中與上述基材層接觸設(shè)置的為上述二氧化釩層。

進(jìn)一步地，上述基材層為柔性基材層，優(yōu)選上述基材層的霧度小于2％。

進(jìn)一步地，上述基材層的厚度在20～150μm之間。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種上述智能溫控膜的應(yīng)用，該應(yīng)用包括上述智能溫控膜在車窗或建筑用窗上的應(yīng)用。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，智能溫控膜包括交替設(shè)置的二氧化釩層與折射層，折射層的折射率小于二氧化釩層的折射率同，二氧化釩層的折射率在1.9～2.3之間，折射層的折射率比二氧化釩層的折射率低，不同折射率的二氧化釩層與折射層形成薄膜干涉，利用二氧化釩層隨溫度變化而表現(xiàn)出的折射率差異性，形成了二氧化釩層與折射率層兩者折射率差值隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生的變化，使得紅外光在高溫與低溫時的紅外截止位置差別較大，進(jìn)而提高了智能溫控膜在高溫(對應(yīng)大于二氧化釩層相變溫度的溫度區(qū)間)與低溫(對應(yīng)小于二氧化釩層相變溫度的溫度區(qū)間)的近紅外光的透過率差，從而使得智能溫控膜的調(diào)溫效果較好。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種典型實施方式提供的智能溫控膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了實施例1的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜；

圖3示出了實施例4的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜；

圖4表示實施例5的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜；

圖5表示實施例10的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜；以及

圖6表示對比例1的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

1、基材層；2、溫控單元；21、二氧化釩層；22、折射層。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中的智能溫控膜在近紅外區(qū)域不同溫度下透過率變化不大，調(diào)溫效果不明顯，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N智能溫控膜與其的應(yīng)用。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示(省略號表示二氧化釩層21與折射層22)，提供了一種智能溫控膜，該智能溫控膜包括基材層1與設(shè)置在上述基材層表面上的溫控單元2，上述溫控單元2包括多個二氧化釩層21與多個折射層22，其中，各上述二氧化釩層21的相變溫度在在20～40℃之間；多個折射層22與上述二氧化釩層21交替設(shè)置，各二氧化釩層21可以相同也可以不同，與各折射層22的可以相同也可以不同，各上述折射層22的折射率小于上述二氧化釩層21的折射率。

二氧化釩是一種具有相變性質(zhì)的金屬氧化物，其相變溫度為68℃，當(dāng)溫度小于68℃時，二氧化釩處于半導(dǎo)體態(tài)，近紅外光透過率高；當(dāng)溫度大于68℃時，近紅外光的透過率低，反射率高。本申請中的二氧化釩層21的相變溫度在20～40℃之間，當(dāng)溫度低于相變溫度時，近紅外光透過率較高，反射率較低；當(dāng)溫度高于相變溫度時，近紅外光的透過率較低，反射率較高。

并且，本申請的智能溫控膜包括交替設(shè)置的二氧化釩層21與折射層22，折射層22的折射率小于二氧化釩層21的折射率同，二氧化釩層21的折射率在1.9～2.3之間，折射層22的折射率比二氧化釩層的折射率低，不同折射率的二氧化釩層21與折射層22形成薄膜干涉，利用二氧化釩層隨溫度變化而表現(xiàn)出的折射率差異性，形成了二氧化釩層與折射率層兩者折射率差值隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生的變化，，使得紅外光在高溫與低溫時的紅外截止位置差別較大，進(jìn)而提高了智能溫控膜在高溫(對應(yīng)大于二氧化釩層21相變溫度的溫度區(qū)間)與低溫(對應(yīng)小于二氧化釩層21相變溫度的溫度區(qū)間)的近紅外光的透過率差，從而使得智能溫控膜的調(diào)溫效果較好。

為了進(jìn)一步保證各二氧化釩層21的相變溫度均在20～40℃之間，本申請優(yōu)選各上述二氧化釩層21摻雜有雜質(zhì)離子，上述雜質(zhì)離子的重量占二氧化釩層的重量的1％～5％。

本申請的一種實施例中，上述雜質(zhì)離子為nb、mo與w中一種或多種。但是，并不限于上述的雜質(zhì)離子，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的情況選擇合適的雜質(zhì)離子。

為了進(jìn)一步保證二氧化釩層21的相變溫度在20～40℃之間，同時，保證二氧化釩層21與折射層22形成較好的干涉薄膜，進(jìn)而使得智能溫控膜的調(diào)溫效果更好，本申請優(yōu)選上述二氧化釩層21的厚度在30～120nm之間。

本申請的另一種實施例中，上述折射層22的折射率在1.3～1.6之間，優(yōu)選上述折射層22為sio2層或mgf2層。sio2層或mgf2層取材容易，并且成本較低，有利于控制智能溫控膜的成本。

為了降低智能溫控膜的成本且保證其具有較好的調(diào)溫效果，折射層22的厚度在30～200nm之間。

優(yōu)選地，上述溫控單元2中上述二氧化釩層21的個數(shù)與上述折射層22的個數(shù)之和為20。將溫控單元2中的膜層數(shù)目設(shè)置為20，不僅能夠保證智能溫控膜具有良好的溫控效果，還能保證該膜具有較好的透過率與柔韌性，能夠保證該膜更好地應(yīng)用在各個領(lǐng)域中。

本申請的又一種實施例中，如圖1所示，上述智能溫控單元2中與上述基材層1接觸設(shè)置的為上述二氧化釩層21。這樣便于生產(chǎn)過程中的光學(xué)監(jiān)控。

本申請中的基材層1可以為pet層、pen層、pc層或pe層，但并不限于上述的基材層1，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的情況選擇合適的基材層。

為了使得智能溫控膜具有較好的柔韌度，進(jìn)而使得其可以應(yīng)用在更多的領(lǐng)域中，本申請優(yōu)選上述基材層1為柔性基材層1，常見的柔性基材層1為pet層、pen層cop層或coc層。

本申請的再一種實施例中，上述基材層1的霧度小于2％，這樣保證了基材層1的透明度，進(jìn)而保證了智能溫控膜的透明度，保證了近紅外光的調(diào)溫效果。

為了防止智能溫控膜爆裂，進(jìn)而更好地保護(hù)溫控單元2，上述基材層1的厚度在20～150μm之間。

本申請中的智能溫控膜可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何可以實現(xiàn)的方法制備。為了簡化制備工藝，降低生產(chǎn)成本，本申請優(yōu)選采用磁控濺射法交替沉積二氧化釩層和折射層，通過調(diào)整工藝參數(shù)，控制各層的厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

本申請的另一種實施方式中，提供了一種上述的智能溫控膜的應(yīng)用，上述應(yīng)用包括上述智能溫控膜在車窗或建筑用窗上的應(yīng)用。

將上述智能溫控膜應(yīng)用到車窗或者建筑用窗中，使得車窗或者建筑用窗具有較好的調(diào)溫效果，節(jié)能效果更好。

為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實施例與對比例說明本申請的技術(shù)方案。

實施例1

采用磁控濺射法在基材層上交替沉積兩層二氧化釩層和兩層折射層，形成智能溫控膜。各二氧化釩層均相同，各折射層均相同。

其中，基材層為pe層，其霧度為0.8～0.9％，厚度為80nm，各二氧化釩層的厚度為75nm，雜質(zhì)離子為nb離子，nb離子的重量含量占二氧化釩層的6％，各二氧化釩層的相變溫度為25℃，高于35℃時，其折射率為2.3；低于25℃時，其折射率為1.9。各折射層為sio2層，其折射率為1.54，厚度為115nm。

實施例2

磁控濺射法在基材層交替沉積十層二氧化釩層和十層折射層，形成智能溫控膜。且與基材層接觸設(shè)置的為二氧化釩層。

其中，基材層為pc層，其霧度為0.8～0.9％，厚度為150μm。各二氧化釩層中的雜質(zhì)離子為nb離子，nb離子的重量含量占二氧化釩層的1％，各二氧化釩層的相變溫度為20℃，高于35℃時，其折射率為2.3；低于25℃時，其折射率為1.9。各折射層均為mgf2層，其折射率為1.38。

該智能溫控膜的各層的厚度(沿遠(yuǎn)離基材層的方向)依次為30nm、177.4nm、98.1nm、161.430nm、97nm、157.9n、96.8nm、160.9nm、96.1nm、162.9nm、97nm、146.7nm、97nm、164.8nm、96.8nm、164.8nm、97nm、178nm、97nm與116.1nm。

實施例3

磁控濺射法在基材層交替沉積十層二氧化釩層和十層折射層，形成智能溫控膜。且與基材層接觸設(shè)置的為二氧化釩層。

其中，基材層為pc層，其霧度為0.8～0.9％，厚度為20μm。各二氧化釩層中的雜質(zhì)離子為nb離子，nb離子的重量含量占二氧化釩層的1％，各二氧化釩層的相變溫度為20℃，高于35℃時，其折射率為2.3；低于25℃時，其折射率為1.9。各折射層均為sio2層，其折射率為1.54。

該智能溫控膜的各層的厚度(沿遠(yuǎn)離基材層的方向)依次為120nm、199.4nm、90.8nm、200nm、95.7nm、154.1nm、88.2nm、151.9nm、94nm、150.9nm、93.7nm、150.6nm、95.8nm、142.7nm、97nm、150nm、96.9nm、153.2nm、95nm與74.3nm。

實施例4

磁控濺射法在基材層交替沉積十層二氧化釩層和十層折射層，形成智能溫控膜。且與基材層接觸設(shè)置的為二氧化釩層。

其中，基材層為pet層，其霧度為0.8～0.9％，厚度為50μm。各二氧化釩層中的雜質(zhì)離子為nb離子，nb離子的重量含量占二氧化釩層的5％，各二氧化釩層的相變溫度為25℃，高于35℃時，其折射率為2.3；低于25℃時，其折射率為1.9。各折射層為sio2層，其折射率為1.54。

該智能溫控膜的各層的厚度(沿遠(yuǎn)離基材層的方向)依次為104.7nm、171.3nm、91.7nm、151.1nm、96.6nm、152.4nm、90.1nm、150.6nm、93.7nm、150.7nm、93.4nm、149.8nm、95.4nm、145.5nm、96.2nm、149.6nm、96.3nm、154.7nm、93.2nm與74.3nm.。

實施例5

與實施例4的區(qū)別在于：各二氧化釩層的雜質(zhì)離子為mg離子，mg離子的重量含量占二氧化釩層的3％，各二氧化釩層的相變溫度為36℃。

實施例6

與實施例4的區(qū)別在于：各二氧化釩層的雜質(zhì)離子的重量含量占二氧化釩層的6％。

實施例7

與實施例4的區(qū)別在于：與基材層接觸的二氧化釩層的厚度為160nm。

實施例8

與實施例4的區(qū)別在于：折射層為氧化鋁層，其折射率為1.75。

實施例9

與實施例4的區(qū)別在于：將厚度為150.6nm的折射層替換為厚度為25nm的折射層。

實施例10

與實施例4的區(qū)別在于：溫控單元中只包括14層的結(jié)構(gòu)層，并且這14層與實施例4的前14層(沿遠(yuǎn)離基材的方向開始計數(shù))是相同的。

對比例1

與實施例1的區(qū)別在于：折射層為氧化鈦層，其折射率為2.52。

對比例2

采用磁控濺射法在基材層上交替沉積一層二氧化釩層和一層折射層，形成智能溫控膜。其中，基材層為pe層，其霧度為0.8～0.9％，厚度為80nm，二氧化釩層的厚度為75nm，雜質(zhì)離子為nb離子，nb離子的重量含量占二氧化釩層的6％，二氧化釩層的相變溫度為25℃，高于35℃時，其折射率為2.3；低于25℃時，其折射率為1.9。折射層為sio2層，其折射率為1.54，厚度為115nm。

采用lambda950分光光度計測量不同溫度下各個實施例與對比例的智能調(diào)溫膜的透射譜，根據(jù)透射譜得出紫外、可見光、紅外透過率，具體的測試結(jié)果見表1，其中，近紅外光在同一波長值對應(yīng)的低溫透過率與高溫透過率的差值定義為高低溫透過率差，近紅外光在波長為780nm～820nm區(qū)間內(nèi)，不同波長的高低溫透過率差的平均值定義為紅外調(diào)節(jié)率。紅外調(diào)節(jié)率的值越大表示智能調(diào)溫膜的調(diào)溫效果越好。

波長大于680nm的區(qū)域中，透過率最小對應(yīng)的波長中的最小值定義為紅外截止位置。高溫時的紅外截止位置與低溫時的紅外截止位置的差值定義為高低溫紅外截止位置差，同樣地，該差值越大，表明智能調(diào)溫膜的調(diào)溫效果越好。

圖2表示實施例1的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜；圖3表示實施例4的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜；圖4表示實施例5的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜，圖5表示實施例10的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜，圖6表示對比例1的智能調(diào)溫膜在低溫與高溫時的透射譜。

表1

由表1的測試結(jié)果可知，當(dāng)智能溫控膜包括基材層與設(shè)置在上述基材層表面上的溫控單元，上述溫控單元包括多個二氧化釩層與多個折射層，其中，各上述二氧化釩層的相變溫度在在20～40℃之間；多個折射層與上述二氧化釩層交替設(shè)置，各上述折射層的折射率小于上述二氧化釩層的折射率時，智能溫控膜的紅外調(diào)節(jié)率較大，高低溫紅外截止差也較大，即智能溫控膜的調(diào)溫效果較好。且當(dāng)各上述二氧化釩層摻雜有雜質(zhì)離子，上述雜質(zhì)離子的重量含量在1％～5％之間；二氧化釩層的厚度在30～120nm之間；折射層的折射率在1.3～1.6之間；上述折射層的厚度在30～200nm之間時，智能溫控膜的調(diào)溫效果更好，另外，實施例1由于溫控 單元中的膜層數(shù)較少，僅為4，而膜層數(shù)量越少，截止效果越不明顯，調(diào)溫效果也較差。實施例8中由于折射層的折射率為1.75，使得折射層與二氧化釩層的折射率差值變小，而溫控膜總層數(shù)不變的情況下形成干涉結(jié)構(gòu)的高低折射率層的折射率差值越小，截止效果越不明顯，調(diào)溫效果也較差。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

1)、本申請交替設(shè)置的二氧化釩層與折射層，折射層的折射率與二氧化釩層的折射率不同，二氧化釩層的折射率在1.9～2.3之間，折射層的折射率比二氧化釩層的折射率低，二者形成薄膜干涉，利用二氧化釩層隨溫度變化而表現(xiàn)出的折射率差異性，形成了溫控膜中二氧化釩層與折射率層兩者折射率差值隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生的變化，使得紅外光在高溫與低溫時的紅外截止位置差別較大，進(jìn)而提高了智能溫控膜在高溫(對應(yīng)大于二氧化釩層的相變溫度)與低溫(對應(yīng)大小二氧化釩層的相變溫度)的近紅外光的透過率差，從而使得智能溫控膜的調(diào)溫效果較好。

2)、將上述智能溫控膜應(yīng)用到車窗或者建筑用窗中，使得車窗或者建筑用窗具有較好的調(diào)溫效果，節(jié)能效果更好。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。