纳米铯钨青铜

简介

现代建筑大量使用玻璃、塑料等薄型、透明外部材料，这些材料在改善室内采光的同时，导致太阳光线射入室内，造成室内温度上升。在夏季，为平衡阳光射入导致的室内温度上升，人们普遍使用空调来降温，这也是我国夏季部分地区拉闸限电的主要原因。汽车日益普及，由此带来的夏季降低车内温度，降低空调能耗使得隔热贴膜成为汽车的标准配置。其他如农业温室大棚的隔热降温塑料采光板的透明隔热、户外遮阳篷布的浅色隔热涂层也迅速发展。建筑玻璃的透明隔热也可采用Low-E玻璃（低辐射镀膜玻璃）来实现，但Low-E 玻璃需要定制，增加使用成本，同时由于Low-E 玻璃采用在玻璃上溅射纳米银方式实现对太阳光的反射，导致其耐候性较差，其使用寿命约10a，这也增加了年度使用成本。对大量既有建筑，Low-E玻璃则无能为力，而这部分建筑的比重比在建建筑要大得多，其玻璃的隔热节能更显得迫切和重要。行之有效的办法就是要采用能够有效阻隔太阳光热效应的部分红外光的材料，因为若同时阻隔了可见光，则玻璃、阳光板也就失去了其可见光透明的作用。目前最有效的办法就是将具有吸收红外光能力的纳米颗粒，如锑掺杂二氧化锡（ATO）、氧化铟锡（ITO）、六硼化镧和铯钨青铜纳米颗粒添加到树脂中，制成透明隔热涂料直接涂布到玻璃或遮阳布上，或先涂布到PET（聚酯）薄膜上，再将PET 薄膜贴到玻璃上（如汽车 贴膜），或制作成塑胶薄片，如PVB（聚乙烯醇缩丁醛）、EVA（乙烯- 醋酸乙烯共聚物）塑胶，再将这些塑胶薄片和钢化玻璃复合，也起到阻隔红外线的作用，从而达到透明隔热效果。

在上述几种能够吸收红外线，从而实现透明隔热的纳米颗粒中，铯钨青铜纳米颗粒（Cesium Tungsten Bronze）具有最佳的近红外吸收特性，通常每平方米涂层中添加2 g 即可达到950 nm 处透过率10% 以下（以此数据表明对近红外线的吸收），同时在550 nm 处可实现70% 以上的透过率（70% 的指标是绝大多数高透明薄膜的基本指标）。

尽管铯钨青铜纳米粉体具有优良的透明隔热特性，但现有生产工艺主要采用原料钨和铯的高温固相反应，如先在600℃左右形成钨青铜晶相结构，再于800℃左右还原气氛中进行还原处理，从而形成高载流子浓度的铯钨青铜纳米颗粒（铯钨青铜对红外线的吸收源自于载流子）。该工艺具有操作简便，批次稳定的优点，但存在颗粒偏大问题，通常在微米级，要实现涂层透明的要求，需要高端分散设备长时间的研磨才能使颗粒粒径小于100 nm，这就大大增加了使用成本，并且大颗粒的存在使得涂层的雾度（Haze）较大，影响涂层的光学效果。此外，生产过程中采用高危险性还原氢气，也增加了生产成本。

制备

柠檬酸诱导水热合成法

溶剂热液相法制备铯钨青铜纳米粉体：
1.将400 kg 山梨醇于夹套反应釜中加热溶解，加入钨酸和硫酸铯，其中钨酸和硫酸铯的质量之比为1∶0.33，山梨醇的质量为钨酸和硫酸铯总质量的3倍。
2.高速搅拌30 min 后，泵入均质机进行循环均质化，60 min 后将产物泵入已加热到150℃的高压反应釜中，将高压反应釜转速定为180 r/min，待上述物料完全转移到高压釜后，关闭高压反应釜各阀门，逐步将反应釜温度上升到350℃，并保温600 min，降温到150℃。3.放出反应产物，向其中加入去离子水，将物料打入压滤机，以去离子水、无水乙醇洗涤，直到硫酸根含量低于100 mg/kg，乙醇含量大于80%。
4.将滤饼放进真空烘箱烘干，再进行机械粉碎和气流粉碎，即得到目标产物——深蓝色的铯钨青铜纳米粉体。

铯钨青铜纳米浆料及透明隔热涂层的制备：
1.将制得的铯钨青铜纳米粉体、去离子水、分散剂、氢氧化钠或硝酸加到搅拌釜中，搅拌均匀后泵入砂磨机中进行研磨分散，直到浆料粒径基本上不再降低，停止砂磨，制得铯钨青铜纳米浆料。
2.将铯钨青铜纳米浆料加入到丙烯酸乳液中，在玻璃基板上涂布成膜，烘干，得到的干膜厚度约为5um，铯钨青铜纳米浆料的涂布添加量折算为1.3 g/m2。

性能

采用氙灯对涂布得到的铯钨青铜透明隔热薄膜进行连续照射，72 h 后薄膜的外观没有发生明显变化，表明铯钨青铜纳米粉体具有较好的耐候性。对于铯钨青铜纳米粉体来说，由于其阻隔近红外线的机理为纳米粉体中的氧空位对红外线产生吸收，而通常认为氧空位会与空气中的水汽发生作用，从而降低氧空位浓度，降低其隔热效果。将获得的隔热薄膜于60℃热水中浸泡168 h（7 d），测得薄膜的红外阻隔率仅下降1.8%，而日常使用过程中环境温度和湿度均大大低于上述情况，所以铯钨青铜纳米粉体具有较佳的湿度耐候性。据估计其实际使用年限约为20 a，这样薄膜的使用成本也会大大降低。