透光隔热汽车玻璃膜的研究与应用进展.docx

0引言

随着经济发展与人们对美好生活要求的提高，汽车舒适性与节能要求也不断提高。前挡风玻璃是影响汽车采光、热舒适与空调能耗的重要因素。在炎热的夏天，太阳光透过汽车玻璃使汽车内部温度升高，不仅造成车内设施老化加快，同时也增大了汽车空调负荷和油耗。太阳光中可见光和红外光分别约占总辐射能量的44%和53%，而紫外线会影响人们皮肤健康，加速内饰材料劣化。因此，汽车玻璃需要在紫外线、红外线光谱范围内透射率小，而在可见光范围内透射率大。透光隔热玻璃膜能够阻隔大量的红外与紫外光、同时对可见光具有高透过率，而且在玻璃破损时减少玻璃飞溅，提高安全性能，广泛应用于汽车透光隔热性能的提升。

1透光隔热汽车玻璃膜的分类及研究进展

（1）吸收型透光隔热膜

吸收型透光隔热膜利用涂覆在透明聚酯膜表面的吸热材料，吸收红外热量实现隔热的功能。吸收型透光隔热汽车玻璃膜常用的主要吸热材料是掺锑氧化锡（ATO），因其具有优异的近红外线吸收性能、价格低廉等优点，被广泛应用于汽车玻璃隔热膜。市场上通常在ATO材料中掺杂TiO2粒子制成吸收型透光隔热膜。常见TiO2有白色与黑色两种颜色，白色TiO2是在大气中烧结而成，而黑色TiO2是在真空中烧结而成，黑色TiO2具有更好的光催化性能。

此外，可以利用化学溶液沉积法（CSD）、化学气相沉积法（CVD）和磁控溅射法等将ATO与其他反射性高或透明性高的材料形成多层膜使ATO吸收型透光隔热膜光谱选择性性能得到进一步提升。吸收型透光隔热膜具有优越的光谱选择性与隔热性能，但当膜吸收热量后会导致温度升高，热量以远红外向车内二次辐射，难以保证持久隔热。

（2）反射型透光隔热膜

反射型透光隔热膜一般采用磁控溅射工艺，将贵金属均匀溅射在光学级PET基材上，制成多层致密的高隔热金属膜层，主要通过对光反射实现隔热，避免了吸收型隔热膜的二次辐射问题，如图1、图2所示。由图1、图2可以看出，反射型透光隔热膜相比吸收型隔热膜具有更好的隔热效果。

反射型透光隔热膜通常采用的金属材料为ITO与SnO2。ITO是应用最广泛的透明导电氧化物（TCO）之一。Qi等在添加2%的ITO或ATO粒子后，车内温度可降低3～5℃，还发现ITO粒子比ATO粒子具有更强的近红外挡光性能，并具有更高的可见光透过率，如图3所示。

图1金属反射型（a）与金属吸收型（b）隔热效果对比

图2金属反射型与吸收型隔热膜使用一年后隔热效果对比

图3不同添加量的样品的透过率曲线

（3）低辐射膜（Low-E膜）

低辐射膜（Low-E膜）对近红外辐射具有低反射率，对远红外辐射具有高反射率，可以有效阻止室内热量泄向室外，具有控制热能单相流向室外的作用，能达到良好节能效果且能保持良好透光性能。反射型透光隔热膜对冬季或寒冷地区节能效果不明显，主要应用于夏热冬暖地区；而Low-E膜的选择性吸收与反射，可以根据不同类型分为适合寒冷的北方地区的高透性Low-E薄膜，南北地区都适用的遮阳型Low-E薄膜和双银型Low-E玻璃薄膜。Amirkhani等采用建筑建模和能量仿真软件DESLTAS对Low-E薄膜（Thinsulate薄膜）在英国伦敦进行仿真模拟，发现在加热、冷却和总能耗方面分别节省3%、20%和2.7%。比较常用的低辐射膜为单银基或双银基低辐射膜，被称为阳光控制膜。单银基系膜通常只有一层银层，加上其他金属及化合物层，膜层总数可达5层。单银基膜系可见光透射率可达90%，红外光平均反射率高于75%。双银基膜系具有两层银层，加上其他金属及化合物层，膜层总数可达9层，平均红外光反射率为95%以上，但由于膜层增多，吸收率增加，因此双银基膜系的可见光透射率比单银膜低，仍可达到75%（图4）。

图4单银基、双银基低辐射膜的反射率、透射率曲线

为提升可见光透过率，近年来研究集中于含有银膜的复合膜。Akin等在玻璃衬底上的Ag和介质AZO层之间沉积了厚度为1~2nm的Ti、Nb、Cr、Ni、Mo、Pt、Cu和Ru等多种金属晶种，获得了连续、导电的高红外反射率和高可见光透过率的超薄Ag薄膜，并比较了Ag与不同晶体复合而成的膜的光学性能，如图5所示。

图5玻璃上超薄银膜的光学透过率光谱

从图5可见，加入其余金属晶种后的红外光透过率明显减少，但是没有加入其余晶种与加入其余金属晶种后的可见光透过率低于70%。为解决可见光透过率低的问题，Zhang等采用溅射技术在玻璃上制备了ZnO/Ag/ZnO和ZnO/（掺杂Cu/Al）Ag/ZnO膜，发现ZnO/（掺杂30%）Al/ZnO最耐热，且其可见光透过率为70%，红外反射率为90.6%。Nezhad等研究了不同Ag层沉积时间对ZnO/Ag/ZnO薄膜性能的影响，在40sAg和300sZnO沉积时间内，薄膜可见光透过率为74%，近红外透过率为24%，还发现超薄