近日，包頭稀土研究院的EASTO.1098斷熱稀土玻璃涂層被認定為2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)級首批次新材料。

“我們的材料之所以新，是因為在功能性方面，它可以直接涂在玻璃表面，能夠在3小時內(nèi)快速降溫，最高可調(diào)節(jié)溫度7—15度，節(jié)能25％—40％。”包頭稀土研究院天津分院尹健博士說道。

據(jù)悉，涂層是稀土研究院與成都易涂捷威科技有限公司通過對三元稀土共摻雜硼化物材料的制備研究與性能篩選，制備出穩(wěn)定、高性能的稀土納米復(fù)合斷熱涂料產(chǎn)品。

“我們開發(fā)成功了十余種稀土納米斷熱漿料產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)，目前，該技術(shù)國內(nèi)發(fā)表論文2篇，申請3項國內(nèi)發(fā)明專利，1項外觀設(shè)計專利。”包頭稀土研究院高級工程師魯飛說，涂層在斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均領(lǐng)先于目前市場上的玻璃貼膜、low-E玻璃及中空玻璃等同類產(chǎn)品。

優(yōu)化玻璃隔熱性能勢在必行

在《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出到2020年，我國城鎮(zhèn)新建建筑能效將提高20%，綠色建筑面積比重超過50%，而建筑能耗的40%消耗在玻璃門窗上，所以提高玻璃的隔熱性能尤為關(guān)鍵。

眾所周知，地球表面的熱能主要來源于日照，太陽光的光譜主要集中于200-2500nm范圍內(nèi)，其中：200-400nm范圍內(nèi)為紫外線，其能量占太陽光總能量的約5%，400-720nm范圍內(nèi)為可見光，其能量占太陽光總能量的約45%，而720-2500nm范圍內(nèi)均為紅外線，其能量占太陽光總能量的一半。

紅外線是人眼不可見的，因此，若在不影響可見光透過的條件下，如何將紅外線有效阻隔，提高玻璃的隔熱性能，是國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)的重難點之一。目前，高質(zhì)量、高通透率的隔熱涂膜的研發(fā)主要集中在美日等發(fā)達國家。“雖然現(xiàn)有技術(shù)中對于太陽光的阻隔有多種方法，但各自都存在諸多問題。”魯飛說道。

魯飛拿目前最為常用的建筑隔熱玻璃是低熱輻射玻璃（Low-E）為例給記者講解了它的不足之處。這類玻璃是通過在普通玻璃表面鍍層來實現(xiàn)隔熱效果的。然而，這類玻璃在建筑外墻被大量使用后，雖然對建筑本身起到了良好的保溫和隔熱性能，但是會大量反射太陽光，并造成大量的光污染問題。

人們長時間在光污染環(huán)境下工作，會導(dǎo)致視力下降，產(chǎn)生頭暈?zāi)垦?、失眠、心悸、食欲下降及情緒低落等癥狀，嚴(yán)重影響人們的身體和心理健康。另外，Low-E玻璃無法通過后期涂刷等方式使玻璃表面獲得隔熱能力，此外，由于金屬層的氧化，其表面層壽命遠低于玻璃本身的壽命，這導(dǎo)致了Low-E玻璃無法作為用于存量建筑玻璃的升級改造。

此外，著色玻璃在吸熱的同時也會吸收可見光，在實現(xiàn)隔熱效果的同時會大幅犧牲可見光透過率，并呈現(xiàn)明顯的顏色，這大大限制了其在如汽車前擋玻璃等需要高可見光透過場景的應(yīng)用。

“目前商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的紅外吸收材料——銫鎢青銅材料，具有最好的紅外吸收效果，然而其在紫外線照射下會出現(xiàn)光致變色現(xiàn)象，且在加熱條件下，會與水和氧氣發(fā)生不可逆的氧化反應(yīng)，生成三氧化鎢，并喪失其紅外吸收性能。”尹健說。

一種全新斷熱涂層問世

從以上分析可知，傳統(tǒng)Low-E玻璃和玻璃產(chǎn)品的隔熱原理是通過在普通玻璃表面鍍層來實現(xiàn)隔熱效果，鍍膜后，Low-E玻璃可以對波長2500nm以上遠紅外線起到良好的反射作用，但也會造成污染。能吸收光子也許是更好的選擇。

“我們也是受局域表面等離子體共振（LSPR）現(xiàn)象的啟發(fā)，因為具有一定長徑比的金納米帶，其表面電子可以與一定頻率的入射光子發(fā)生共振，并強烈地吸收入射光子，再通過對材料粒徑和形貌的調(diào)控，可以實現(xiàn)對紅外光子的選擇性吸收，就可以做成紅外線吸收材料。”魯飛說。

魯飛介紹，他們做的涂層以稀土化合物為基礎(chǔ)，一方面，由于硼原子具有極強的電負性，其可以與稀土元素形成較強的作用力，使得最終形成的稀土納米斷熱材料具有優(yōu)異的耐酸堿性；另一方面，在形成的稀土納米硼化物材料中，稀土元素自身的外層電子提供了大量自由電子，當(dāng)入射光的光子激發(fā)時，自由電子與入射光子發(fā)生共振，從而在宏觀上表現(xiàn)為吸熱能力。

此外，通過對稀土元素種類以及摻雜量的調(diào)控，可以進一步控制入射光子發(fā)生共振的波長范圍。利用這種方法，研發(fā)團隊成功開發(fā)出了具有良好耐候性的高性能稀土納米復(fù)合斷熱材料，完美解決了現(xiàn)有材料環(huán)境穩(wěn)定性不足與無法對紅外線進行光譜吸收的卡脖子問題。

“我們開發(fā)的涂層，紅、紫外線阻隔大于90%，可見光透過率大于等于70%，斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均領(lǐng)先于玻璃貼膜、Low-E玻璃及中空玻璃等同類產(chǎn)品。”，溫永清說，他們還做了好幾個實驗，以LOW-E中空玻璃和斷熱稀土夾膠玻璃效果對比為例，在同等條件下，將雙銀LOW-E中空玻璃和斷熱稀土夾膠玻璃分別放在紅外燈前，雙銀LOW-E中空玻璃紅外線熱值為3417，雙銀LOW-E中空玻璃紫外線值為4857，阻隔率為50%，斷熱稀土夾膠玻璃紅外線熱值為320，斷熱稀土夾膠玻璃紫外線值為19.4，阻隔率高達99.8%。

由此可知，即使是目前市面上性能優(yōu)異的雙銀LOW-E中空玻璃，隔熱、防曬和節(jié)能性也落后于使用了斷熱稀土技術(shù)的單層RE夾膠玻璃。

涂層應(yīng)用助力我國綠色化發(fā)展

2019年11月，稀土研究院與易涂捷威科技建立斷熱稀土聯(lián)合實驗室，聯(lián)合推進新型稀土納米斷熱涂層的產(chǎn)業(yè)化進程，新型稀土納米斷熱材料及涂層產(chǎn)業(yè)制備技術(shù)已突破。

“目前，我們已建成了國內(nèi)首條月產(chǎn)800公斤稀土納米斷熱漿料中試生產(chǎn)示范線，可節(jié)能25%—40%。”易涂捷威科技總經(jīng)理楊崛說道，開發(fā)的涂層指標(biāo)與國外產(chǎn)品相當(dāng)，甚至優(yōu)于國外產(chǎn)品，在技術(shù)層面實現(xiàn)了“彎道超車”，填補了國內(nèi)斷熱玻璃涂層材料的空白，同時完全可替代進口產(chǎn)品。

眾所周知，太陽熱能主要通過紅外線輻射存在，并擁有高溫向低溫傳遞的特性。

因此，夏天室外高溫會涌向室內(nèi)，致使空調(diào)負荷增加，且紅/紫外線能使人體皮膚產(chǎn)生灼熱感;涂層可與200-400nm和700-2500nm范圍內(nèi)的光波發(fā)生等離子體共振效應(yīng)，輻射熱能無法穿透涂層，就能達到良好的隔熱、防曬性能，同時，因阻斷了輻射熱能，室內(nèi)溫度無法快速持續(xù)升溫，便減少了空調(diào)負荷，大大節(jié)約了空調(diào)費用，也達到了節(jié)能的目的。

而在冬季，室內(nèi)熱源發(fā)熱的本質(zhì)依然是紅外光，是粒子內(nèi)部振動向外傳播電磁波，所以，發(fā)熱電磁波根本無法有效穿透斷熱稀土涂層(等離子體共振)，熱源被大量的留在了室內(nèi)，暖氣升溫更快，鎖能、保溫性就會更好，超級節(jié)能。

建筑能耗問題，在中國顯得尤其嚴(yán)峻。我國建筑面積總量巨大，90%以上采用的是普通玻璃。按照2010年我國節(jié)能目標(biāo)計算，平均每年新增斷熱玻璃約13.2億平方米，稀土納米斷熱材料的市場需求量巨大。

“產(chǎn)品上市后，可廣泛運用于節(jié)能環(huán)保型汽車和節(jié)能型建筑玻璃上，能有效解決汽車和建筑內(nèi)部溫度高、空調(diào)能耗大等問題，產(chǎn)值億元以上，同時，為我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出巨大貢獻。”楊崛說，目前已建立了11家分公司，與全國10余個省份80多個城市簽訂了產(chǎn)品代理協(xié)議，今年預(yù)計可實現(xiàn)銷售近3000萬元。