关于玻璃用纳米隔热涂料的研究进展
吴兵1，海景2，皮丕辉1，程江1，杨卓如1
（1.华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640；2.华南环境科学研究所，广东广州510655）
摘要：纳米氧化锡锑(ATO)等粒子是一种n型半导体材料，由其制成的膜具有很高的红外屏蔽效果和良好的可见光区透过率。将纳米ATO应用于涂料中能够制备出透明玻璃隔热涂料，具有极高的应用价值。本文对纳米隔热涂料的隔热机理进行了介绍，并对透明隔热涂料的研究状况、纳米隔热复合涂料的制备方法进行了综述。
关键词：隔热涂料；氧化锡锑；纳米颗粒；玻璃；节能
中图分类号：TQ637文献标志码：A
文章编号：1004–227X(2011)12–0067–06
1·前言
当前，节能和新能源探索已经成为世界的重要课题。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占的比例一般在30%~40%，它们绝大多数是采暖和空调造成的能耗，而通过门窗散失的热量约占整个建筑采暖及空调耗能的50%。因此，提高门窗的保温隔热性能是降低建筑能耗的有效途径[1]。为节约能源，人们发明了热反射玻璃、中空玻璃、热反射玻璃薄膜等节能方法，这些都是为了阻隔太阳光中多余的热辐射而达到降温的目的。但是这些产品有的隔热效果不佳，有的可见光透过率较低，有的价格过于昂贵，因而在应用推广上有些困难。纳米材料由于具有宏观尺寸物体所没有的性质，能为新型涂料的研制带来意想不到的效果而成为研究的热点。研究发现，具有宽能隙的n型半导体材料，如氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)、掺铝氧化锌(AZO)等，具有类似的光学性能，即在红外光区有高的反射率、在可见光区有高的透过率、在紫外区有高的吸收率等，是理想的透明隔热材料。把这种纳米粒子应用于涂料中，能够制得既具有透明性，又具有隔绝红外线的功能涂料。本文对玻璃隔热涂料的隔热机理、研究进展、存在的问题和解决办法进行了介绍。
2·纳米氧化锡锑等的隔热机理与纳米隔热涂料
辐射到地球表面的太阳光光谱能量分布情况为：紫外区200~380nm，占总能量的5%；可见光区380~780nm，占总能量的45%；近红外区780~2500nm，占总能量的50%。因此，太阳光谱的能量主要集中在可见光区和近红外区。纳米半导体隔热效果一方面与其本身的物理结构有关，另一方面与其粉体微粒的粒径有关。通常只有纳米级的半导体才能起到透明隔热的作用[2]。氧化锡锑等粒子是一种高密度、自由电子气型材料，其存在的自由载流子能够激发与气体等离子体相类似的等离子体振动，因此可通过对半导体进行掺杂来增加其载流子的浓度，使掺杂后的半导体具有对太阳光谱中的紫外线具有强吸收、对可见光透明并能反射红外线的功能[3]。半导体的掺杂一般有2种方式：一是掺杂高价金属，以替位方式形成施主杂质，如五价Sb掺杂半导体SnO2、Sn掺杂半导体In2O3等；另一种掺杂是用非金属元素F替位O产生电子施主来增加半导体的载流子浓度，如F掺杂半导体SnO2。目前，在透明隔热功能填料中应用较广的半导体包括氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉及其掺杂体系[4]。
