中國(guó)粉體網(wǎng)訊 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!拔覀兊牟牧现孕,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,最高可調(diào)節(jié)溫度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)明專利,1項(xiàng)外觀設(shè)計(jì)專利!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50%,而建筑能耗的40%消耗在玻璃門窗上,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,其能量占太陽(yáng)光總能量的約5%,400-720nm范圍內(nèi)為可見光,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,其能量占太陽(yáng)光總能量的一半。
紅外線是人眼不可見的,因此,若在不影響可見光透過的條件下,如何將紅外線有效阻隔,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題!濒旓w說(shuō)道。
魯飛拿目前最為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。這類玻璃是通過在普通玻璃表面鍍層來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱效果的。然而,這類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)吸收可見光,在實(shí)現(xiàn)隔熱效果的同時(shí)會(huì)大幅犧牲可見光透過率,并呈現(xiàn)明顯的顏色,這大大限制了其在如汽車前擋玻璃等需要高可見光透過場(chǎng)景的應(yīng)用。
“目前商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的紅外吸收材料——銫鎢青銅材料,具有最好的紅外吸收效果,然而其在紫外線照射下會(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,就可以做成紅外線吸收材料。”魯飛說(shuō)。
魯飛介紹,他們做的涂層以稀土化合物為基礎(chǔ),一方面,由于硼原子具有極強(qiáng)的電負(fù)性,其可以與稀土元素形成較強(qiáng)的作用力,使得最終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,通過對(duì)稀土元素種類以及摻雜量的調(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,完美解決了現(xiàn)有材料環(huán)境穩(wěn)定性不足與無(wú)法對(duì)紅外線進(jìn)行光譜吸收的卡脖子問題。
“我們開發(fā)的涂層,紅、紫外線阻隔大于90%,可見光透過率大于等于70%,斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均領(lǐng)先于玻璃貼膜、Low-E玻璃及中空玻璃等同類產(chǎn)品!,溫永清說(shuō),他們還做了好幾個(gè)實(shí)驗(yàn),以LOW-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中空玻璃紅外線熱值為3417,雙銀LOW-E中空玻璃紫外線值為4857,阻隔率為50%,斷熱稀土夾膠玻璃紅外線熱值為320,斷熱稀土夾膠玻璃紫外線值為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,可節(jié)能25%—40%!币淄拷萃萍伎偨(jīng)理?xiàng)钺日f(shuō)道,開發(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”,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)熱能主要通過紅外線輻射存在,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)保型汽車和節(jié)能型建筑玻璃上,能有效解決汽車和建筑內(nèi)部溫度高、空調(diào)能耗大等問題,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)銷售近3000萬(wàn)元。
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/Betty)
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