透明隔热涂料的研究进展

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1、透明隔热涂料的研究进展摘要：透明隔热涂料因其节能和良好的视觉效果而日益受到研究者和相关产业界重视,本文综述了透明隔热涂料的发展现状、隔热原理、应用背景和几种主要的隔热粒子，并总结了下一步发展过程中应注意的问题。1.引言当今世界经济高速发展，能源日趋紧张，以我国为例，目前我国是煤炭消耗第一大国，石油消耗第二大国，近年来电荒、油荒、气荒等频频出现在我们的日常生活中，能源问题不容忽视。能源安全已成为本世纪我国一个十分紧迫和现实的问题。现在世界常规油气资源发现的高峰期已过（石油探明率已达80%，天然气达60%

2、），在21世纪不论是发达国家还是发展中国家，最终都会面临空前的能源危机。面对即将到来的能源危机，我国必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。在节能方面我国有巨大的潜力，我国单位产品能耗高，单位GDP产值能耗高，我国主要用能产品的单位产品能耗比发达国家高25%～90%。节约能源是保证我国在能源领域保持强国地位的重要手段之一。根据太阳光谱能量分析,太阳能绝大部分处于可见光和近红外区,即0.72～2.5μm范围。在该波长范围内，反射率越高，涂层的隔热效果就越好。因此可制得高反射率的涂层

3、，反射太阳热，以达到隔热的目的。透明隔热涂料是一种能将太阳光中的热量由涂料表面反射回去，留住可见光，从而生产出隔热透明作用的纳米透明隔热涂料。透明隔热涂料可见光透过率高，近红外阻隔率高，能够有效隔绝太阳热辐射，具有很好的节能效果，可应用于多种领域：(1)汽车、火车、飞机的风挡玻璃，建筑物玻璃等，起到了很好的隔热降温作用，且无反射光污染；(2)涂覆于玻璃制成纳米透明隔热玻璃，包括单层玻璃、中空玻璃以及夹层玻璃。透明隔热玻璃高透光率特点使其适用于不分地域的高通透性外观设计的建筑，使建筑物透明，且具有很好的

4、隔热效果；(3)涂覆于聚碳酸酯等透明树脂上制成纳米透明隔热板材，应用场合非常广泛，如可以做成汽车站顶上的透明隔热板等；(4)涂覆于聚酯薄膜，制成透明隔热贴膜，可应用于建筑及汽车窗玻璃。1.透明隔热涂料的原料透明隔热涂料的基本组成可以大致归为以下三类：无机纳米粒子：如ATO，ITO，ZnO，Fe2O3，AZO，TiO2。树脂类；主要是水性聚氨酯树脂，水性聚酯树脂，水性环氧树脂，水性醇酸树脂，丙烯酸树脂等。助剂类：分散剂，润湿剂，消泡剂，pH调节剂，杀菌防霉助剂，成膜助剂，增稠剂。其中无机纳米粒子是隔热涂

5、料中最重要的组成部分，选择合适的无机纳米粒子至关重要，这类隔热粒子主要是透明导电氧化物TCO材料，如ATO，ITO，AZO和GZO等具有透明导电，反射近红外线的作用。下面我们介绍一下常用的隔热粒子的性能：2.1ATO（锑掺杂氧化锡）与ITO（锡掺杂氧化铟）纯SnO2理论上属典型绝缘体，但由于存在晶格氧缺位，在禁带内形成Ed＝－0.15eV的施主能级，向导带提供1015~1018cm-3浓度的电子，故SnO2具有n型半导体性质。5价元素如Sb,As或F元素掺杂均能形成浅施主能级，掺杂>1.0%（质量百分

6、数）时，电阻率可达10-1~10-4W·cm，所以掺杂SnO2属透明、导电n型半导体材料，导电性质介于传统半导体（如Si,Ge,GaAs）和金属之间。ATO是一种具有优异导电性能的金属氧化物复合粉体，可作透明导电膜材料，其制备和应用研究目前在国内外都相当广泛，国外所用的抗静电膜主要是在涂层材料中加入ATO粉。ITO材料是目前研究和应用最广泛的透明导电膜，它既可以阻挡黑体辐射的热量传递，也可以阻隔太阳辐射中红外部分的热量传递。它对可见光及太阳辐射的透过率很高，而对红外辐射则具有很高的阻隔率。它可用于制造

7、透明的保温窗，还可用做太阳能收集器。ITO薄膜有复杂的立方铁锰矿结构，最低电阻率接近10-5W·cm量级，可见光范围内平均光透过率在90%以上，其优良光电性质使之成为具有实用价值的TCO薄膜。图1是两种隔热粒子的光学性能比较。从图2知，在可见光区400～800nm，ITO的透光率最高达85%以上，而和ATO只有75%，ITO的透光率要优于ATO，在800～2000nm近红外区，ITO透光率要明显低于ATO,从隔热涂料应用的角度来看，ITO的功效要优于ATO，但ITO材料制备成本偏高，可见光区的透过也不

8、算太高。虽然ATO和ITO对近红外波段有很好的阻隔，但在可见光波段透过率较低，如何提高ATO和ITO的可见光透过率并进一步降低红外的透过率是研究的重点。图1.ATO和ITO隔热粒子的光学性能比较2.2．AZO（铝掺杂氧化锌）优质的氧化锌薄膜具有c轴择优取向六方纤锌矿结构。铝掺杂的ZnO透明导电膜(Al:ZnO，简称AZO)在可见光区内具有高透射率和低电阻率，其光学带隙可由铝掺杂的比例进行控制，可以方便地调控材料的光电性能，并且具有紫外截止特性，可见光区有