黑科技： 玻璃上的稀土涂層可節(jié)能25%~40%

【中玻網(wǎng)】

　　近日，包頭稀土研究院的EASTO.1098斷熱稀土玻璃涂層被認(rèn)定為2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)級(jí)首批次新材料。

　　“我們的材料之所以新，是因?yàn)樵诠δ苄苑矫�，它可以直接涂在玻璃表面，能夠�?小時(shí)內(nèi)快速降溫，溫度調(diào)節(jié)或高達(dá)7—15度，節(jié)能25％—40％�！卑^稀土研究院天津分院尹健博士說(shuō)道。

　　據(jù)悉，涂層是稀土研究院與成都易涂捷威科技有限公司通過(guò)對(duì)三元稀土共摻雜硼化物材料的制備研究與性能篩選，制備出穩(wěn)定、高性能的稀土納米復(fù)合斷熱涂料產(chǎn)品。

　　“我們開(kāi)發(fā)成功了十余種稀土納米斷熱漿料產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)，目前，該技術(shù)國(guó)內(nèi)發(fā)表論文2篇，申請(qǐng)3項(xiàng)國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利，1項(xiàng)外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利�！卑^稀土研究院高級(jí)工程師魯飛說(shuō)，涂層在斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均領(lǐng)先于目前市場(chǎng)上的玻璃貼膜、low-E玻璃及中空玻璃等同類(lèi)產(chǎn)品。

　　●優(yōu)化玻璃隔熱性能勢(shì)在必行

　　在《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出到2020年，我國(guó)城鎮(zhèn)新建建筑能效將提高20%，綠色建筑面積比重超過(guò)50%，而建筑能耗的40%消耗在玻璃門(mén)窗上，所以提高玻璃的隔熱性能尤為關(guān)鍵。

　　眾所周知，地球表面的熱能主要來(lái)源于日照，太陽(yáng)光的光譜主要集中于200-2500nm范圍內(nèi)，其中：200-400nm范圍內(nèi)為紫外線(xiàn)，其能量占太陽(yáng)光總能量的約5%，400-720nm范圍內(nèi)為可見(jiàn)光，其能量占太陽(yáng)光總能量的約45%，而720-2500nm范圍內(nèi)均為紅外線(xiàn)，其能量占太陽(yáng)光總能量的一半。

　　紅外線(xiàn)是人眼不可見(jiàn)的，因此，若在不影響可見(jiàn)光透過(guò)的條件下，如何將紅外線(xiàn)有效阻隔，提高玻璃的隔熱性能，是國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)的重難點(diǎn)之一。目前，高質(zhì)量、高通透率的隔熱涂膜的研發(fā)主要集中在美日等發(fā)達(dá)國(guó)家�！半m然現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于太陽(yáng)光的阻隔有多種方法，但各自都存在諸多問(wèn)題�！濒旓w說(shuō)道。

　　魯飛拿目前常用的建筑隔熱玻璃是低熱輻射玻璃（Low-E）為例給記者講解了它的不足之處。這類(lèi)玻璃是通過(guò)在普通玻璃表面鍍層來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱效果的。然而，這類(lèi)玻璃在建筑外墻被大量使用后，雖然對(duì)建筑本身起到了良好的保溫和隔熱性能，但是會(huì)大量反射太陽(yáng)光，并造成大量的光污染問(wèn)題。

　　人們長(zhǎng)時(shí)間在光污染環(huán)境下工作，會(huì)導(dǎo)致視力下降，產(chǎn)生頭暈?zāi)垦�、失眠、心悸、食欲下降及情緒低落等癥狀，嚴(yán)重影響人們的身體和心理健康。另外，Low-E玻璃無(wú)法通過(guò)后期涂刷等方式使玻璃表面獲得隔熱能力，此外，由于金屬層的氧化，其表面層壽命遠(yuǎn)低于玻璃本身的壽命，這導(dǎo)致了Low-E玻璃無(wú)法作為用于存量建筑玻璃的升級(jí)改造。

　　此外，著色玻璃在吸熱的同時(shí)也會(huì)吸收可見(jiàn)光，在實(shí)現(xiàn)隔熱效果的同時(shí)會(huì)大幅犧牲可見(jiàn)光透過(guò)率，并呈現(xiàn)明顯的顏色，這大大限制了其在如汽車(chē)前擋玻璃等需要高可見(jiàn)光透過(guò)場(chǎng)景的應(yīng)用。

　　“目前商業(yè)化應(yīng)用較為廣泛的紅外吸收材料——銫鎢青銅材料，具有很好的紅外吸收效果，然而其在紫外線(xiàn)照射下會(huì)出現(xiàn)光致變色現(xiàn)象，且在加熱條件下，會(huì)與水和氧氣發(fā)生不可逆的氧化反應(yīng)，生成三氧化鎢，并喪失其紅外吸收性能�！币≌f(shuō)。

　　●一種全新斷熱涂層問(wèn)世

　　從以上分析可知，傳統(tǒng)Low-E玻璃和玻璃產(chǎn)品的隔熱原理是通過(guò)在普通玻璃表面鍍層來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱效果，鍍膜后，Low-E玻璃可以對(duì)波長(zhǎng)2500nm以上遠(yuǎn)紅外線(xiàn)起到良好的反射作用，但也會(huì)造成污染。能吸收光子也許是更好的選擇。

　　“我們也是受局域表面等離子體共振（LSPR）現(xiàn)象的啟發(fā)，因?yàn)榫哂幸欢ㄩL(zhǎng)徑比的金納米帶，其表面電子可以與一定頻率的入射光子發(fā)生共振，并強(qiáng)烈地吸收入射光子，再通過(guò)對(duì)材料粒徑和形貌的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外光子的選擇性吸收，就可以做成紅外線(xiàn)吸收材料�！濒旓w說(shuō)。

　　魯飛介紹，他們做的涂層以稀土化合物為基礎(chǔ)，一方面，由于硼原子具有很強(qiáng)的電負(fù)性，其可以與稀土元素形成較強(qiáng)的作用力，使得最后形成的稀土納米斷熱材料具有優(yōu)異的耐酸堿性；另一方面，在形成的稀土納米硼化物材料中，稀土元素自身的外層電子提供了大量自由電子，當(dāng)入射光的光子激發(fā)時(shí)，自由電子與入射光子發(fā)生共振，從而在宏觀上表現(xiàn)為吸熱能力。

　　此外，通過(guò)對(duì)稀土元素種類(lèi)以及摻雜量的調(diào)控，可以進(jìn)一步控制入射光子發(fā)生共振的波長(zhǎng)范圍。利用這種方法，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出了具有良好耐候性的高性能稀土納米復(fù)合斷熱材料，解決了現(xiàn)有材料環(huán)境穩(wěn)定性不足與無(wú)法對(duì)紅外線(xiàn)進(jìn)行光譜吸收的卡脖子問(wèn)題。

　　“我們開(kāi)發(fā)的涂層，紅、紫外線(xiàn)阻隔大于90%，可見(jiàn)光透過(guò)率大于等于70%，斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均優(yōu)于玻璃貼膜、Low-E玻璃及中空玻璃等同類(lèi)產(chǎn)品�！保瑴赜狼逭f(shuō)，他們還做了好幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，以L(fǎng)OW-E中空玻璃和斷熱稀土夾膠玻璃效果對(duì)比為例，在同等條件下，將雙銀LOW-E中空玻璃和斷熱稀土夾膠玻璃分別放在紅外燈前，雙銀LOW-E中空玻璃紅外線(xiàn)熱值為3417，雙銀LOW-E中空玻璃紫外線(xiàn)值為4857，阻隔率為50%，斷熱稀土夾膠玻璃紅外線(xiàn)熱值為320，斷熱稀土夾膠玻璃紫外線(xiàn)值為19.4，阻隔率高達(dá)99.8%。

　　由此可知，即使是目前市面上性能優(yōu)異的雙銀LOW-E中空玻璃，隔熱、防曬和節(jié)能性也落后于使用了斷熱稀土技術(shù)的單層RE夾膠玻璃。

　　●涂層應(yīng)用助力我國(guó)綠色化發(fā)展

　　2019年11月，稀土研究院與易涂捷威科技建立斷熱稀土聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合推進(jìn)新型稀土納米斷熱涂層的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，新型稀土納米斷熱材料及涂層產(chǎn)業(yè)制備技術(shù)已突破。

　　“目前，我們已建成了國(guó)內(nèi)首條月產(chǎn)800公斤稀土納米斷熱漿料中試生產(chǎn)示范線(xiàn)，可節(jié)能25%—40%�！币淄拷萃萍伎偨�(jīng)理?xiàng)钺日f(shuō)道，開(kāi)發(fā)的涂層指標(biāo)與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)，甚至優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品，在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)了“彎道超車(chē)”，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)斷熱玻璃涂層材料的空白，同時(shí)完全可替代進(jìn)口產(chǎn)品。

　　眾所周知，太陽(yáng)熱能主要通過(guò)紅外線(xiàn)輻射存在，并擁有高溫向低溫傳遞的特性。

　　因此，夏天室外高溫會(huì)涌向室內(nèi)，致使空調(diào)負(fù)荷增加，且紅/紫外線(xiàn)能使人體皮膚產(chǎn)生灼熱感;涂層可與200-400nm和700-2500nm范圍內(nèi)的光波發(fā)生等離子體共振效應(yīng)，輻射熱能無(wú)法穿透涂層，就能達(dá)到良好的隔熱、防曬性能，同時(shí)，因阻斷了輻射熱能，室內(nèi)溫度無(wú)法快速持續(xù)升溫，便減少了空調(diào)負(fù)荷，大大節(jié)約了空調(diào)費(fèi)用，也達(dá)到了節(jié)能的目的。

　　而在冬季，室內(nèi)熱源發(fā)熱的本質(zhì)依然是紅外光，是粒子內(nèi)部振動(dòng)向外傳播電磁波，所以，發(fā)熱電磁波根本無(wú)法有效穿透斷熱稀土涂層(等離子體共振)，熱源被大量的留在了室內(nèi)，暖氣升溫更快，鎖能、保溫性就會(huì)更好，超級(jí)節(jié)能。

　　建筑能耗問(wèn)題，在中國(guó)顯得尤其嚴(yán)峻。我國(guó)建筑面積總量巨大，90%以上采用的是普通玻璃。按照2010年我國(guó)節(jié)能目標(biāo)計(jì)算，平均每年新增斷熱玻璃約13.2億平方米，稀土納米斷熱材料的市場(chǎng)需求量巨大。

　　“產(chǎn)品上市后，可廣泛運(yùn)用于節(jié)能環(huán)保型汽車(chē)和節(jié)能型建筑玻璃上，能有效解決汽車(chē)和建筑內(nèi)部溫度高、空調(diào)能耗大等問(wèn)題，產(chǎn)值億元以上，同時(shí)，為我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)�！睏钺日f(shuō)，目前已建立了11家分公司，與全國(guó)10余個(gè)省份80多個(gè)城市簽訂了產(chǎn)品代理協(xié)議，今年預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售近3000萬(wàn)元。