專利名稱：一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑節(jié)能領域，具體是指一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系及其制備方法。
背景技術：
隨著節(jié)能減排與低碳生活的倡導，世界各國都越來越注重建筑的節(jié)能環(huán)保。據(jù)統(tǒng)計，中國建筑能耗占社會總能耗的30%以上，并且隨著城市化規(guī)模的擴大，這一比例還在逐年增加。研究表明，窗戶是建筑物與外界能量交換的主要通道，玻璃窗的能耗占到全部建筑能耗的40% 50%。因此，降低窗戶及位于窗戶上下的窗檻墻的能量交換是降低整個建筑能耗的關鍵。
在建筑學上，建筑外立面上下窗之間的實體墻面稱為窗檻墻。作為墻體，窗框和窗扇的重量可以忽略，所以窗檻墻可視為不承重，其面積占到墻面的15% 30%。不同于窗戶玻璃，窗檻墻并不需要具備透光性能。隨著建筑幕墻的普及和各種新材料的出現(xiàn)，窗檻墻的美學表現(xiàn)性越來越豐富靈活，可以為建筑外觀美化創(chuàng)造出更大的想象空間。
而目前的窗檻墻大都不具備低輻射功能，無法起到隔絕室內(nèi)外熱量交換的作用，起不到節(jié)能環(huán)保效果。而這種面積占到墻面15% 30%的窗檻墻對建筑與室外的能量交換也起到了重要的作用，因此，研發(fā)具有低輻射功能的新型窗檻墻鍍膜產(chǎn)品迫在眉睫。
本發(fā)明的目的就是公開一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系及其制備方法，與玻璃幕墻形成有效地互補。在保持優(yōu)異的低輻射效果、有效地減小光污染、節(jié)能環(huán)保的同時，還能簡單方便地按需求進行外觀顏色的調(diào)節(jié)，豐富多彩的外觀顏色可更好地實現(xiàn)窗檻墻對建筑的美化效果。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系及其制備方法。旨在提供一種制備方法適合工業(yè)化生產(chǎn)的低成本、低輻射，同時外觀顏色豐富、可調(diào)節(jié)的可鋼化膜系。既可起到節(jié)能環(huán)保的效果，又可起到裝飾作用，特別適合于建筑的美化，滿足了客戶對產(chǎn)品的美觀、多樣和個性化需求。
本發(fā)明的低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系結構如附

圖1所示，在透明基底上，該膜系自下而上依次包括:鍍制在透明基底上的下層氮化硅薄膜、可見光吸收薄膜、金屬薄膜以及上層氮化硅保護膜。即:透明基底/下層氮化硅薄膜/可見光吸收薄膜/金屬薄膜/上層氮化硅保護膜。其中:`
所述的透明基底I是透明玻璃或塑料，是窗檻墻的主體?？梢赃x用玻璃，如鋼化玻璃、浮法玻璃、中空玻璃、防彈玻璃、有機玻璃；也可以選用高強度工程塑料，如聚碳酸酯(PC)樹脂，PBT加玻纖，尼龍加玻纖，PPS加玻纖，PPO加玻纖、玻璃增強塑料、聚碳酸酯、PMMA ；
所述的下層氮化硅薄膜2是輔助顏色調(diào)節(jié)膜，同時也是保護膜和減反膜，其厚度為 Onm 200nm ；
所述的可見光吸收薄膜3是對可見光有吸收的氧化物、氮化物或氮氧化物，用以降低膜系的可見光反射率，從而減小建筑光污染。同時可見光吸收薄膜3也是膜系的主顏色調(diào)節(jié)層。其厚度為20nm 200nm。優(yōu)選的,選用低成本且制備方法簡單的NiCrO薄膜；
所述的金屬薄膜4是各種具有紅外高反射的金屬薄膜，是窗檻墻膜系的低輻射功能膜，起到隔絕室內(nèi)外熱量交換的作用，其厚度為50nm 200nm ；
所述的上層氮化硅保護膜5是金屬膜的保護層，其厚度為Onm 200nm。
如附圖1所示，本發(fā)明公開的低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系在使用時，基底鍍膜的一側朝向室內(nèi)，沒鍍膜的一側朝向室外。由于窗濫墻膜系本身不透光，窗濫墻室內(nèi)一側可以按實際需求進行裝飾，而不會影響窗檻墻朝向室外的外觀顏色。
本發(fā)明的膜系利用對可見光具有一定吸收的可見光吸收薄膜3及氮化硅減反膜2來減小膜系對可見光的反射率，使朝向室外沒鍍膜的一側的可見光平均反射率在5% 30%之間，有效地減小了光污染，節(jié)能環(huán)保。不同于太陽能吸熱膜對光吸收率的高要求，本發(fā)明所用的可見光吸收薄膜3對吸收率不高，只需70% 80%即可，從而減少了對薄膜材料種類和制備工藝的苛刻需求，大大降低了產(chǎn)品的成本。
利用金屬薄膜的低輻射隔熱特性，隔絕室內(nèi)外熱交換，使朝向室內(nèi)鍍膜一側的輻射率小于10%。因此，本發(fā)明的膜系還具有優(yōu)異的低輻射效果。
同時，本發(fā)明的膜系在保持對可見光低反射和低輻射率的前提下，還可通過調(diào)節(jié)可見光吸收薄膜3及下層氮化硅薄膜2的厚度，按需求調(diào)節(jié)膜系的外觀顏色。其中，可見光吸收薄膜3是主顏色調(diào)節(jié) 層，下層氮化硅薄膜2是輔助顏色調(diào)節(jié)層，利用下層氮化硅薄膜2的輔助調(diào)節(jié)可擴大膜系的顏色調(diào)節(jié)范圍。通過在鍍膜時控制調(diào)節(jié)可見光吸收薄膜(3)和下層氮化硅薄膜(2)的厚度，可以簡單方便地調(diào)節(jié)窗檻墻朝向室外一側的外觀顏色。
利用多層薄膜的干涉效應可以實現(xiàn)對膜系可見光反射率及顏色的調(diào)節(jié)，具體物理原理如下:
對于光學薄膜系統(tǒng)，研究光在其中的傳輸就是研究電磁波在多層介質(zhì)中的傳播，其設計計算的物理基礎是麥克斯韋方程組。而在實際計算中通常是將麥克斯韋方程轉化為傳輸矩陣法及光學導納來計算光學薄膜的光譜特性。利用麥克斯韋方程組求解兩個緊鄰層面上的電場和磁場，從而可以得到傳輸矩陣，然后將單層結論推廣到整個介質(zhì)空間，由此即可計算出整個多層介質(zhì)的透射系數(shù)和反射系數(shù)。
對單層薄膜，利用電場及磁場的邊界條件可得: EΛ cos 4 — sin S1「
0 =η'2 L 」 Iq1Sind1 cos O1 L w」 2π
其中，δ I為相位厚度， Λ = —— cos θ} f θ χ是入射角； Λ
對ρ 分量，H1 = n/cos θ 丨，對 s 分量，Il1 = Ii1CosQ10
令
權利要求
1.一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系，它包括:透明基底(I)、下層氮化硅薄膜(2)、可見光吸收薄膜(3)、金屬薄膜(4)和上層氮化硅保護膜(5)，其特征在于:所述的膜系結構為:在透明基底(I)上自下而上依次為下層氮化硅薄膜(2)、可見光吸收薄膜(3)、金屬薄膜(4)以及上層氮化硅保護膜(5)，即: 透明基底/下層氮化硅薄膜/可見光吸收薄膜/金屬薄膜/上層氮化硅保護膜其中: 作為窗檻墻的主體的所述的透明基底(I)是透明玻璃或塑料； 作為輔助顏色調(diào)節(jié)層及鋼化時膜系的保護膜的所述的下層氮化硅薄膜(2)的厚度范圍為 Onm 200nm ； 作為主顏色調(diào)節(jié)層的所述的可見光吸收薄膜(3)是對可見光有吸收的氧化物、氮化物或氮氧化物，其厚度范圍為20nm 200nm ； 作為膜系低輻射功能層的所述的金屬薄膜(4)是各種具有紅外高反射的金屬膜，其厚度范圍為50nm 200nm ； 作為金屬薄膜保護層的所述的上層氮化硅保護膜(5)的厚度范圍為Onm 200nm。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系，其特征在于:當透明基底(I)采用透明塑料或鋼化玻璃不需要鋼化的材料時，所述的下層氮化硅薄膜(2)可以省去。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系，其特征在于:所述的可見光吸收薄膜(3)的優(yōu)選膜為低成本易制備的NiCrO薄膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系，其特征在于:當金屬薄膜(4))為鋁這類可表面可自行生成致密鈍化膜的金屬時，所述的上層氮化硅保護膜(5)可以省去。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系，其特征在于:窗檻墻朝向室外一側所需的外觀顏色通過改變所述的可見光吸收薄膜(3)和所述的下層氮化硅薄膜(2)的厚度來獲得。
6.一種如權利要求1所述低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系的制備方法，其特征在于: 首先，在透明基底(I)上用磁控濺射法鍍制所述的下層氮化硅薄膜(2)，采用硅靶材，以氮氣作為反應氣體進行反應 濺射鍍制；或采用氮化硅陶瓷靶材，直接進行濺射鍍制； 其次，在下層氮化硅薄膜(2)上鍍制一層可見光吸收薄膜(3)，采用金屬或合金靶材，以氧氣、氮氣或同時以氧氣、氮氣作為反應氣體進行反應濺射鍍制；或采用氧化物、氮化物或氮氧化物陶瓷靶材直接進行濺射鍍制； 再次，在可見光吸收薄膜(3)上采用金屬靶材，直接進行濺射鍍制一層紅外高反射金屬薄膜(4)； 最后，在金屬薄膜(4)上鍍制所述的上層氮化硅保護膜(5)，采用硅靶材，以氮氣作為反應氣體進行反應濺射鍍制；或采用氮化硅陶瓷靶材，直接進行濺射鍍制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低成本顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系及其制備方法。該膜系自透明基底向上依次包括鍍制在透明基底上的下層氮化硅薄膜、可見光吸收薄膜、金屬薄膜以及上層氮化硅保護膜。本發(fā)明的膜系在可見光范圍對太陽光的平均反射率在5%～30%，而輻射率小于10%。同時本發(fā)明的膜系在保持對可見光低反射、紅外低輻射率前提下，還具有外觀顏色可按需求進行調(diào)節(jié)的特點，豐富多彩的外觀顏色可更好地實現(xiàn)了窗檻墻對建筑的美化效果。由于采用了上、下層氮化硅保護膜夾心結構，本發(fā)明的膜系還具備可鋼化特性。本發(fā)明的顏色可調(diào)的低輻射窗檻墻膜系可直接通過工業(yè)化磁控濺射制備方法在大面積透明基底上連續(xù)鍍制，易于實現(xiàn)低成本、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B32B33/00GK103243885SQ201310148800
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權日2013年4月26日
發(fā)明者陸衛(wèi), 陳飛良, 俞立明, 王少偉, 劉星星, 王曉芳, 簡明, 陳效雙 申請人:中國科學院上海技術物理研究所