温控窗膜及温控窗膜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种温控窗膜及温控窗膜的制作方法。该温控窗膜包括：光谱选择膜；掺杂膜，设置于光谱选择膜的两个侧面上；以及柔性基膜，设置于光谱选择膜的一侧的掺杂VO2膜上。本发明通过在光谱选择膜的两个侧面上形成掺杂VO2膜，并利用掺杂VO2膜在高温时由于呈金属相而反射红外线，在低温态由于呈半导体相而透过红外线的性质，以及通过掺杂技术使所形成掺杂VO2膜的相变温度降至室温，从而实现了根据室内温度自动调节红外线透过率的目的，进而提高智能窗膜对红外光线的透过率的控制精度。
【专利说明】温控窗膜及温控窗膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及窗膜【技术领域】，具体而言，涉及一种温控窗膜及温控窗膜的制作方法。
【背景技术】
[0002]目前，节能减排成为应对温室效应以及全球气候变化的重要途径之一。在汽车和建筑领域温度调节所需能耗是巨大的，入射到室内热量有70%是通过窗体透过的。在汽车或建筑玻璃内表面贴一层窗膜，能够有效的阻隔红外线和紫外线，保持可见光透过，降低空调能耗。此外，窗膜也可以减少车内或室内物品以及人员因紫外线照射造成的损伤。
[0003]制备窗膜的方法包括湿式涂布和干式涂布。其中，湿式涂布包括浸沾式、滚轮式和刮刀式涂布等。例如，申请号为CN201110125866.1的中国专利通过湿式涂布工艺形成了一种既能有效隔热又有高透光率的窗膜。再例如，申请号为201210285669.0的中国专利通过湿式涂布工艺形成了一种具有高透光高隔热、抗刮等效果的窗膜。这类窗膜的隔热防紫外原理是在窗膜中加入对红外线、紫外线有吸收作用的物质。然而，窗膜吸收热量达到饱和后不再吸收热量，使得过多的热量储存在窗膜内，进而容易引起膜层老。一般情况下，这类窗膜一般寿命低于五年。
[0004]干式涂布方法包括化学气相沉积、分子束外延、真空蒸镀和磁控溅射等。例如，国外一些窗膜生产企业用磁控溅射工艺制备成一种高透光和高隔热的窗膜，其隔热率能够达到90%，透光率能够达到80%。这类窗膜隔热原理为:在窗膜中溅射一层金属或金属氧化物，该金属或金属氧化物能够对光线进行选择性透过，即透过可见光，反射紫外线和红外线。此类窗膜不仅能实现高透光、高隔热、高隔紫外线的效果，而且使用寿命长，一般可使用5?10年。
[0005]上述传统的窗膜由于一旦产品成型就无法改变其物理性质，从而无法根据外界条件自动调节隔热率。例如，在寒冷的冬季人们需要更多的热量入射到室内，而传统的窗膜无法达到这样的效果。为了获得节能效果更好的窗膜，研究人员把目光转向智能窗膜，即能够通过外界温度的改变来调节其透光率的窗膜。申请号为201310611551.7的中国专利公开了一种共挤双向拉伸功能聚酯智能调光膜及其制备方法，该智能调光膜具有根据环境温度变化对光热透反射特性进行自动调节的功能。申请号为201210019446.X的中国专利公开了一种智能温控节能复合贴膜，该智能温控节能复合贴膜可以实现冷热双向调节，从而达到冬天保暖、夏天隔热的效果。申请号为201310360653.6的中国专利公开了一种自动调节透光率的窗膜，该窗膜在强光环境下自动降低透光率，并由无色变为有色，而在弱光环境下自动恢复。
[0006]然而，上述智能窗膜对红外光线的透过率控制精度不高，调温效果不明显(资料显示约为20%)，且其生产工艺(例如磁控溅射等)复杂，其相关研究集中在实验室阶段，目前还未见规模化的生产企业。另外，上述智能窗膜在可见光区的透光率低(可见光平均透过率不到50% )，不符合相关行业标准。针对这些问题，目前还没有有效的解决方法。
【发明内容】
[0007]本发明旨在提供一种温控窗膜及温控窗膜的制作方法，以提高智能窗膜对红外光线的透过率的控制精度。
[0008]为此，本发明提供了一种温控窗膜，该温控窗膜包括:光谱选择膜；掺杂VO2膜，设置于光谱选择膜的两个侧面上；以及柔性基膜，设置于光谱选择膜的一侧的掺杂VO2膜上。
[0009]进一步地，掺杂VO2膜中的掺杂元素为W、Mo、Er、Nb、Ce和Mg中任一种或多种。
[0010]进一步地，掺杂VO2膜中的掺杂元素的掺杂百分比为1%?10%。
[0011]进一步地，掺杂VO2膜的总厚度为120?150nm。
[0012]进一步地，光谱选择膜由金属层和设置于金属层的两个侧面上的种子层组成。
[0013]进一步地，金属层的材料为Ag、Au、Rh或Pt ;种子层的材料为锌或钛。
[0014]进一步地,金属层的厚度为I?20nm ;位于金属层的一侧的种子层的厚度为I?20nmo
[0015]进一步地，柔性基膜的材料为透明柔性聚酯，且柔性基膜的雾度< 2。
[0016]进一步地，柔性基膜的厚度为10?50 μ m。
[0017]同时，本发明还提供了一种温控窗膜的制作方法，包括在柔性基膜上形成光谱选择膜的步骤，该制作方法还包括在光谱选择膜的两个侧面上形成掺杂VO2膜的步骤。
[0018]进一步地，在形成光谱选择膜的步骤中，形成由金属层和位于金属层的两个侧面上的种子层组成的光谱选择膜。
[0019]进一步地，在形成种子层的步骤中，部分种子层的材料被氧化形成氧化层。
[0020]进一步地，形成掺杂VO2膜、种子层和金属层的工艺为磁控溅射工艺。
[0021]本发明通过在光谱选择膜的两个侧面上形成掺杂乂02膜，并利用掺杂乂02膜在高温时由于呈金属相而反射红外线，在低温态由于呈半导体相而透过红外线的性质，以及通过掺杂技术使所形成掺杂VO2膜的相变温度降至室温，从而实现了根据室内温度自动调节红外线透过率的目的，进而提高智能窗膜对红外光线的透过率的控制精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0023]图1示出了本发明实施方式所提供的温控窗膜的剖面结构示意图；以及
[0024]图2示出了本申请实施方式所提供的温控窗膜在不同温度下的透射谱。
【具体实施方式】
[0025]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0026]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0027]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0028]由【背景技术】可知，现有智能窗膜对红外光线的透过率控制精度不高，调温效果不明显。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种温控窗膜。如图1所示，该温控窗膜包括:光谱选择膜30 ;掺杂VO2膜20，设置于光谱选择膜30的两个侧面上；以及柔性基膜10，设置于光谱选择膜30的一侧的掺杂VO2膜20上。
[0029]本发明通过在光谱选择膜30的两个侧面上形成掺杂VO2膜20，并利用掺杂VO2膜20在高温时由于呈金属相而反射红外线，在低温态由于呈半导体相而透过红外线的性质，以及通过掺杂技术使所形成掺杂VO2膜20的相变温度降至室温，从而实现了根据室内温度自动调节红外线透过率的目的，进而提高智能窗膜对红外光线的透过率的控制精度。
[0030]在冬天温度较低时，红外光透过温控窗膜进入室内以提高室内温度。在夏天温度高时，温控窗膜自动降低红外光的透过率，阻止室内温度升高，从而起到了冬暖夏凉的作用。
[0031]下面将更详细地描述根据本发明提供的温控窗膜的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0032]为了降低VO2膜的相变温度，本发明通过对VO2膜进行掺杂以形成上述掺杂VO2膜20，这些掺杂离子能够使得掺杂VO2膜20的相变温度降至室温(例如20?38°C )。为了实现该目的，本发明的发明人通过大量实验研究获得掺杂VO2膜20中的掺杂元素及掺杂含量等关键工艺参数，其优选工艺条件为:掺杂VO2膜20中的掺杂元素为W、Mo、Er、Nb、Ce和Mg中任一种或多种；掺杂乂02膜20中的掺杂元素的掺杂百分比为1%?10%。
[0033]同时，发明人还发现掺杂VO2膜20的厚度也会影响温控窗膜的性能。优选地，掺杂VO2膜20的总厚度为120?150nm。如果掺杂VO2膜20的总厚度太厚(大于150nm)，掺杂VO2膜20的可见光透过率会降低；如果掺杂VO2膜20的总厚度太薄(小于120nm)，掺杂VO2膜20的相变性能会受到影响。
[0034]上述光谱选择膜30可以采用本领域常见的具有光谱选择功能的膜。在一种优选的实施方式中，光谱选择膜30由金属层33和设置于金属层33的两个侧面上的种子层31组成。其中，金属层33的材料可以为Ag、Au、Rh或Pt，种子层31的材料可以为锌或钛。当然，金属层33和种子层31的材料并不限于上述实例。
[0035]金属层33的厚度也会影响温控窗膜的性能。优选地，金属层33的厚度为I?20nm。如果金属层33的厚度太厚(大于20nm),温控窗膜的透光率会降低；如果金属层33的厚度太薄，金属层33中容易出现间隙，从而影响金属层33的导电性。
[0036]种子层31 —方面可以“抓住”介质层中的氧离子，使介质层呈欠氧状态，进而形成所谓的隧穿效应提高导电性；另一方面可以防止导电金属层33被智能温控层氧化而失效，同时在导电金属层33因厚度过小出现间隙时进行填充，从而增加导电性能。优选地，位于金属层33的一侧的种子层31的厚度为I?20nm。
[0037]上述柔性基膜10的材料可以为透明柔性聚酯(例如PET等)，且柔性基膜10的雾度有< 2。优选地，柔性基膜10的厚度为10?50 μ m。
[0038]同时，本发明还提供了一种温控窗膜的制作方法，包括在柔性基膜上形成光谱选择膜的步骤，该制作方法还包括在光谱选择膜的两个侧面上形成掺杂VO2膜的步骤。该制作通过在柔性基膜上形成掺杂VO2膜和光谱选择膜，实现了卷绕式镀膜，从而提高了成膜面积和成膜速率，为温控窗膜走向产业化提供了一种新方法。
[0039]下面将更详细地描述根据本发明一种实施方式提供的温控窗膜的制作方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0040]首先，在柔性基膜形成镀一层掺杂VO2膜。形成掺杂VO2膜的设备可以采用在卷绕式磁控溅射镀膜机，具体包括以下步骤:卷绕式磁控溅射镀膜机上安装好柔性基膜和掺杂VO2膜的靶材，然后溅射形成掺杂VO2膜。柔性基膜的材料可以为透明柔性聚酯(例如PET等)，且柔性基膜的雾度有< 2。优选地，柔性基膜的厚度为10?50 μ m。
[0041]然后，在掺杂VO2膜上镀光谱选择膜。在一种优选的实施方式中，镀光谱选择膜的工艺包括以下步骤:首先，在掺杂VO2膜上形成一层种子层，例如Ti层；然后，在种子层上溅射形成金属层，例如Ag层；最后，在金属层再形成一层种子层。上下两层种子层除了可以起到折射率匹配作用，还可以极大地提高抗氧化性，增加窗膜的使用寿命。在该步骤中，部分种子层31的材料被氧化形成氧化层，以避免金属层被掺杂VO2膜氧化。
[0042]最后，在光谱选择膜再形成另一层掺杂VO2膜。形成掺杂VO2膜的设备可以采用在卷绕式磁控溅射镀膜机。这两层掺杂VO2膜具有热致变相的性质，可根据外界温度自动调整红外线透过率，在温度高于相变温度时具有较低的红外线透过率，在温度低于相变温度时具有较高的红外线透过率。
[0043]经过该步骤之后，在单个谐振腔中整个膜系(温控窗膜)的物理厚度可以控制在200nm以内，从而使得本发明的温控窗膜的厚度与现有其它窗膜相比更薄。另外，掺杂VO2膜之后，还可以在掺杂VO2膜上形成离子膜。
[0044]下面将结合实施例进一步说明本发明提供的温控窗膜及其制作方法。
[0045]本发明提供的温控窗膜的制作方法具体包括以下步骤:
[0046]首先，在PET膜形成镀一层掺杂VO2膜，其中PET膜的雾度为1.2，PET膜的厚度为50 μ m,掺杂VO2膜中的掺杂元素为W,掺杂元素的掺杂百分比为1%,掺杂乂02膜20的厚度为 70nm ；
[0047]然后，在掺杂VO2膜上镀光谱选择膜，包括以下步骤:在掺杂VO2膜上形成一层厚度为18nm的Ti种子层,然后在Ti种子层上派射形成厚度为20nm的Ag金属层，最后,在Ag金属层再形成一层厚度为18nm的Ti种子层；
[0048]最后，在光谱选择膜形成另一层掺杂VO2膜,其中，掺杂VO2膜中的掺杂兀素为W,掺杂元素的掺杂百分比为1%，掺杂VO2膜的厚度为70nm。
[0049]测试:利用Lambda950分光光度计测量不同温度下样品的透射谱(如图2所示)，根据透射谱得出紫外、可见光、红外透过率。从图2可以分析出，所形成温控窗膜的可见光透过率达到85%;紫外线阻隔率达到99%以上；在高温态1200nm以上波段红外线透过率小于10% ;高于室温时红外线透过率小于10%，低于室温时红外线透过率为60%。
[0050]从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果:
[0051](I)本发明通过在光谱选择膜的两个侧面上形成掺杂VO2膜，并利用掺杂VO2膜在高温时由于呈金属相而反射红外线，在低温态由于呈半导体相而透过红外线的性质，以及通过掺杂技术使所形成掺杂VO2膜的相变温度降至室温，从而实现了根据室内温度自动调节红外线透过率的目的，进而提高智能窗膜对红外光线的透过率的控制精度。
[0052](2)通过在柔性基膜上形成掺杂VO2膜和光谱选择膜，实现了卷绕式镀膜，从而提高了成膜面积和成膜速率，为温控窗膜走向产业化提供了一种新方法。
[0053](3)所形成温控窗膜的可见光透过率达到85% ;紫外线阻隔率达到99%以上；在高温态1200nm以上波段红外线透过率小于10%;高于室温时红外线透过率小于10%，低于室温时红外线透过率为60%。
[0054]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种温控窗膜,其特征在于,所述温控窗膜包括: 光谱选择膜(30)； 掺杂VO2膜(20)，设置于所述光谱选择膜(30)的两个侧面上；以及 柔性基膜(10)，设置于所述光谱选择膜(30)的一侧的所述掺杂VO2膜(20)上。
2.根据权利要求1所述的温控窗膜，其特征在于，所述掺杂VO2膜(20)中的掺杂元素为W、Mo、Er、Nb、Ce和Mg中任一种或多种。
3.根据权利要求2所述温控窗膜，其特征在于，所述掺杂VO2膜(20)中的掺杂元素的掺杂百分比为1%?10%。
4.根据权利要求1所述的温控窗膜，其特征在于，所述掺杂VO2膜(20)的总厚度为120 ?150nm。
5.根据权利要求1所述的温控窗膜，其特征在于，所述光谱选择膜(30)由金属层(33)和设置于所述金属层(33)的两个侧面上的种子层(31)组成。
6.根据权利要求5所述的温控窗膜，其特征在于，所述金属层(33)的材料为Ag、Au、Rh或Pt ;所述种子层(31)的材料为锌或钛。
7.根据权利要求5所述的温控窗膜，其特征在于，所述金属层(33)的厚度为I?20nm;位于所述金属层(33)的一侧的所述种子层(31)的厚度为I?20nm。
8.根据权利要求1所述的温控窗膜，其特征在于，所述柔性基膜(10)的材料为透明柔性聚酯，且所述柔性基膜(10)的雾度< 2。
9.根据权利要求8所述的温控窗膜，其特征在于，所述柔性基膜(10)的厚度为10?50 μ m0
10.一种温控窗膜的制作方法，包括在柔性基膜(10)上形成光谱选择膜(30)的步骤，其特征在于，所述制作方法还包括在所述光谱选择膜30的两个侧面上形成掺杂VO2膜(20)的步骤。
11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在形成所述光谱选择膜(30)的步骤中，形成由金属层(33)和位于所述金属层(33)的两个侧面上的种子层(31)组成的所述光谱选择膜(30)。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，在形成所述种子层(31)的步骤中，部分所述种子层(31)的材料被氧化形成氧化层。
13.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，形成所述掺杂卩02膜(20)、所述种子层(31)和所述金属层(33)的工艺为磁控溅射工艺。
【文档编号】B32B33/00GK104385713SQ201410568704
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】于甄, 高建聪, 解金库, 胡坤 申请人:张家港康得新光电材料有限公司