納米銫鎢青銅

簡介

現代建築大量使用玻璃、塑膠等薄型、透明外部材料，這些材料在改善室內採光的同時，導致太陽光線射入室內，造成室內溫度上升。在夏季，為平衡陽光射入導致的室內溫度上升，人們普遍使用空調來降溫，這也是我國夏季部分地區拉閘限電的主要原因。汽車日益普及，由此帶來的夏季降低車內溫度，降低空調能耗使得隔熱貼膜成為汽車的標準配置。其他如農業溫室大棚的隔熱降溫塑膠採光板的透明隔熱、戶外遮陽篷布的淺色隔熱塗層也迅速發展。建築玻璃的透明隔熱也可採用Low-E玻璃（低輻射鍍膜玻璃）來實現，但Low-E 玻璃需要定制，增加使用成本，同時由於Low-E 玻璃採用在玻璃上濺射納米銀方式實現對太陽光的反射，導致其耐候性較差，其使用壽命約10a，這也增加了年度使用成本。對大量既有建築，Low-E玻璃則無能為力，而這部分建築的比重比在建建築要大得多，其玻璃的隔熱節能更顯得迫切和重要。行之有效的辦法就是要採用能夠有效阻隔太陽光熱效應的部分紅外光的材料，因為若同時阻隔了可見光，則玻璃、陽光板也就失去了其可見光透明的作用。目前最有效的辦法就是將具有吸收紅外光能力的納米顆粒，如銻摻雜二氧化錫（ATO）、氧化銦錫（ITO）、六硼化鑭和銫鎢青銅納米顆粒添加到樹脂中，製成透明隔熱塗料直接塗布到玻璃或遮陽布上，或先塗布到PET（聚酯）薄膜上，再將PET 薄膜貼到玻璃上（如汽車 貼膜），或製作成塑膠薄片，如PVB（聚乙烯醇縮丁醛）、EVA（乙烯- 醋酸乙烯共聚物）塑膠，再將這些塑膠薄片和鋼化玻璃複合，也起到阻隔紅外線的作用，從而達到透明隔熱效果。

在上述幾種能夠吸收紅外線，從而實現透明隔熱的納米顆粒中，銫鎢青銅納米顆粒（Cesium Tungsten Bronze）具有最佳的近紅外吸收特性，通常每平方米塗層中添加2 g 即可達到950 nm 處透過率10% 以下（以此數據表明對近紅外線的吸收），同時在550 nm 處可實現70% 以上的透過率（70% 的指標是絕大多數高透明薄膜的基本指標）。

儘管銫鎢青銅納米粉體具有優良的透明隔熱特性，但現有生產工藝主要採用原料鎢和銫的高溫固相反應，如先在600℃左右形成鎢青銅晶相結構，再於800℃左右還原氣氛中進行還原處理，從而形成高載流子濃度的銫鎢青銅納米顆粒（銫鎢青銅對紅外線的吸收源自於載流子）。該工藝具有操作簡便，批次穩定的優點，但存在顆粒偏大問題，通常在微米級，要實現塗層透明的要求，需要高端分散設備長時間的研磨才能使顆粒粒徑小於100 nm，這就大大增加了使用成本，並且大顆粒的存在使得塗層的霧度（Haze）較大，影響塗層的光學效果。此外，生產過程中採用高危險性還原氫氣，也增加了生產成本。

製備

檸檬酸誘導水熱合成法

溶劑熱液相法制備銫鎢青銅納米粉體：
1.將400 kg 山梨醇於夾套反應釜中加熱溶解，加入鎢酸和硫酸銫，其中鎢酸和硫酸銫的品質之比為1∶0.33，山梨醇的品質為鎢酸和硫酸銫總品質的3倍。
2.高速攪拌30 min 後，泵入均質機進行迴圈均質化，60 min 後將產物泵入已加熱到150℃的高壓反應釜中，將高壓反應釜轉速定為180 r/min，待上述物料完全轉移到高壓釜後，關閉高壓反應釜各閥門，逐步將反應釜溫度上升到350℃，並保溫600 min，降溫到150℃。3.放出反應產物，向其中加入去離子水，將物料打入壓濾機，以去離子水、無水乙醇洗滌，直到硫酸根含量低於100 mg/kg，乙醇含量大於80%。
4.將濾餅放進真空烘箱烘乾，再進行機械粉碎和氣流粉碎，即得到目標產物——深藍色的銫鎢青銅納米粉體。

銫鎢青銅納米漿料及透明隔熱塗層的製備：
1.將制得的銫鎢青銅納米粉體、去離子水、分散劑、氫氧化鈉或硝酸加到攪拌釜中，攪拌均勻後泵入砂磨機中進行研磨分散，直到漿料粒徑基本上不再降低，停止砂磨，制得銫鎢青銅納米漿料。
2.將銫鎢青銅納米漿料加入到丙烯酸乳液中，在玻璃基板上塗布成膜，烘乾，得到的幹膜厚度約為5um，銫鎢青銅納米漿料的塗布添加量折算為1.3 g/m2。

性能

採用氙燈對塗布得到的銫鎢青銅透明隔熱薄膜進行連續照射，72 h 後薄膜的外觀沒有發生明顯變化，表明銫鎢青銅納米粉體具有較好的耐候性。對於銫鎢青銅納米粉體來說，由於其阻隔近紅外線的機理為納米粉體中的氧空位對紅外線產生吸收，而通常認為氧空位會與空氣中的水汽發生作用，從而降低氧空位濃度，降低其隔熱效果。將獲得的隔熱薄膜於60℃熱水中浸泡168 h（7 d），測得薄膜的紅外阻隔率僅下降1.8%，而日常使用過程中環境溫度和濕度均大大低於上述情況，所以銫鎢青銅納米粉體具有較佳的濕度耐候性。據估計其實際使用年限約為20 a，這樣薄膜的使用成本也會大大降低。