CsxWO3纳米粒子和CsxWO3/SiO2复合涂层的制备及其近红外屏蔽性能研究

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门窗玻璃是建筑与环境进行能量交换的主要通道,是造成建筑能耗的主要部位。透明保温材料能在保持视觉通透的前提下,遮蔽近红外光的辐射,从而减少太阳能的吸收,有效地降低了空调的能耗,实现了建筑节能的目的。目前比较广为人知的近红外屏蔽纳米材料中,贵金属(Ag,Au等)粒子在可见光区域的透过率较低;稀土六硼化物(如LaB6,PrB6,NdB6)的硬度较大,在制备过程中必须研磨;半导体氧化物(ATO、ITO等)相对稳定且在可见光区域有很高的透过率,然而它们只能有效遮蔽部分近红外光线(波长大于1500 nm)。钨青铜(MxWO3,M为Na+,K+,Rb+,Cs+和NH4+)可见光透过率高,可以遮蔽波长大于1000 nm的近红外光,因而具备更加优越的近红外遮蔽性能。本文主要探讨了溶剂热法制备铯钨青铜纳米粒子的过程中,反应溶剂配比、反应温度和Cs/W比对产物的影响。在确定出最佳反应条件的基础上,尝试制备双阳离子掺杂的RbxCsyWO3纳米粒子,并探究了不同Rb/Cs摩尔比对产物的影响。最后,本文采用溶胶-凝胶法制备出铯钨青铜/二氧化硅凝胶透明隔热复合涂层,并最终优选出性能最好的制备工艺。主要研究过程如下:(1)以氯化钨,一水合氢氧化铯为原料,乙醇和乙酸为反应溶剂,采用溶剂热法制备出CsxWO3纳米粒子,并探究了反应溶剂配比、反应温度和Cs/W比对产物物相组成、微观结构及近红外屏蔽性能的影响。结果表明,当溶剂配比是20%乙酸和80%的乙醇,反应温度为220℃,Cs/W是0.6时,产物是形状规则的50 nm左右的棒状物,且此时CsxWO3的近红外屏蔽性能最好,可见光区域透过率为63%,近红外光透过率为5.8%。(2)以氯化钨,一水合氢氧化铯及氢氧化铷为原料,乙醇和乙酸为反应溶剂,采用溶剂热法制备出双阳离子掺杂的RbxCsyWO3纳米粒子,探究了不同Rb/Cs摩尔比对产物的影响。结果表明,不同Rb/Cs摩尔比下产物均呈现出W5+、W6+的混合价态,且RbxCsyWO3纳米晶体都是纳米棒状结构。Rb/Cs摩尔比的改变对样品整体的透光率影响不大,透过率均是在可将光区域较高,在近红外区域降低,最后略微上升。其中,当Rb/Cs=2:1时,RbxCsyWO3的近红外屏蔽性能最佳(Tvis max=71.0%,TNIR min=7.8%)。(3)以正硅酸乙酯为原料,乙醇为反应溶剂,稀盐酸为催化剂,采用溶胶-凝胶法制备出二氧化硅溶胶,然后将铯钨青铜的乙醇分散液与二氧化硅溶胶共混,旋涂在玻璃基底,最后烧结制备出铯钨青铜/二氧化硅复合薄膜。所得的隔热功能薄膜光滑、致密,缺陷较少,平整度较高。复合涂层制备的工艺条件是:涂层为两次旋涂成膜,厚度为4μm左右,CsxWO3/SiO2质量比10%,这样制得的薄膜的可见光透过率为68%,近红外光透过率为13%。
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