镀膜玻璃研究进展

徐长青 程舟 黄振锋

（1. 中国南玻集团股份有限公司 深圳 518067；2. 宜宾环球光电节能科技有限公司 宜宾 644000；3. 成都华裕玻璃制造有限公司 成都 610100）

0 引言

镀膜玻璃具有优异的隔热、保温性能，在目前全世界能源紧缺、节能和绿色环保呼声日高的形势下，是建筑节能中不可缺少的主要建筑材料之一。镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的反射率、导电率等性能。

玻璃镀膜技术在我国的发展可分为三个阶段［1］，在上世纪80年代，耀华玻璃集团通过引进国外设备，利用磁控溅射技术开展了镀膜玻璃的生产，90年代，秦皇岛玻璃工业研究设计院等科研单位进行了镀膜玻璃技术的研发，突破了国外的技术封锁。进入21世纪后，我国镀膜玻璃工业开始稳定生产。

1 镀膜玻璃的结构原理

热反射玻璃和低辐射玻璃是镀膜玻璃中最重要的两类，两者的作用原理和适用范围虽然不同，但是均具有节能环保、调节热量的作用。

当太阳光照射到玻璃上时，光子携带的热量一部分被玻璃反射，一部分被吸收，剩余的热量透过玻璃进入室内。同时，由于玻璃的辐射率较高，被其吸收的热量也会向外辐射出去，并且大部分热量会被辐射至温度稍低的室内。因此，除了被反射的热量外，被玻璃吸收和透过玻璃的热量均会对室内的温升产生影响。据此分析，为降低玻璃的吸收率和透过率，需要提高玻璃表面对热量的反射率。热反射玻璃就是基于此原理产生的。热反射镀膜玻璃对太阳光具有较高的反射率、较低的透过率和吸收率，实现了隔绝太阳光热量的作用。因此，在夏季或者低纬度地区，热反射玻璃将太阳光热量阻隔在室外，使室内保持较低的温度而不受室外太阳光的影响。而在高纬度地区，寒冷的冬季，室内温度高于室外温度，为防止室内热量通过门窗玻璃散发到室外，采用低辐射镀膜玻璃可使室外阳光进入室内，同时在一定程度上使室内热量的辐射反射回室内，减少了室内热量的流失和外泄，从而达到了节能保温的目的。

2 镀膜玻璃的性能指标

自然界的热量均来自于太阳能，太阳光通过导热、对流和辐射三种形式的组合进行传导。经太阳光加热后的室外空气，以导热和对流的方式对玻璃进行加热，但玻璃接收到的热量更多的来自于太阳辐射能经过大气层吸收和反射之后剩余的能量。这部分能量中起到加热功能的主要为可见光和红外线部分，为了不影响室内采光并达到隔绝热量的目的，玻璃需对太阳辐射光谱进行有选择的反射和吸收。镀膜玻璃是指在平板玻璃表面镀上一层或多层由金属、非金属、合金或金属氧化物组成的薄膜，使玻璃能将太阳光反射回大气中，从而达到阻止太阳光进入室内的目的。衡量镀膜玻璃热量传递的参数有传热系数、遮蔽系数和太阳能总透射比等。

2.1 传热系数

镀膜玻璃的传热系数，又称为K值，它是指镀膜玻璃在单位时间、单位面积、单位传热距离、温度升高或降低一度所传递的热量。传热系数是一个综合系数，包含了在上述条件下玻璃的导热、对流和辐射三种传热方式传递的热量，是镀膜玻璃传热的一种综合体现。玻璃的传热系数越大，说明越容易导致室内温度上升，因此，传热系数常被用来评价玻璃的节能效果。从传热系数的定义来看，影响镀膜玻璃传热系数的因素主要有玻璃厚度、玻璃面积等玻璃自身的性质以及室内外气体流速、密度、比热等，除此之外，还与玻璃镀层的性质有关。

2.2 遮蔽系数

遮蔽系数，也称为遮阳系数，是指镀膜玻璃遮挡太阳光辐射的能力。遮蔽系数是衡量镀膜玻璃遮阳效果的重要指标［2］。遮蔽系数是以总太阳透过率与3 mm无色透明玻璃的总太阳透过率的比值来确定的，一般3 mm无色透明玻璃的总太阳透过率为0.87，镀膜玻璃的总太阳能透过率除以0.87即为其遮蔽系数。热反射玻璃的隔热反射性能通常用遮蔽系数来表示，遮蔽系数越高，说明镀膜玻璃的隔热性能越好。但遮蔽系数越高，也说明镀膜玻璃向室外反射的热量越多，换句话说，会向室外反射更多的太阳光，这会对室外造成严重的光污染问题，因此研究人员需要综合考虑镀膜玻璃的性能及建筑外墙的光污染等。

2.3 太阳能总透射比

太阳能得热系数（SHGC）也称太阳能总透射比，是指通过透光围护结构（门窗或透光幕墙）的太阳辐射室内得热量与投射到透光围护结构（门窗或透光幕墙）外表面上的太阳辐射量的比值。在严寒地区，由于纬度较高，正午太阳高度角较低，直接照射到建筑的太阳能较少，全年一般只考虑供暖，而不考虑供冷，所以在严寒地区，太阳得热系数不做限值要求；在其他地区，由于需要考虑夏季供冷，建筑透光围护结构（门窗或透光幕墙）的太阳得热系数必须要加以限制，以降低建筑通风与空调运行负荷，减少建筑能源消耗。

评价镀膜玻璃的指标还有太阳光的透射率、透过率以及反射率等。镀膜玻璃的透射率是指太阳光透过玻璃的热量与太阳光总热量的比值。透过率是指透过玻璃的太阳光能量与被玻璃吸收转化为热能后进入室内的能量之和占太阳光总能量的百分数。反射率是指被镀膜玻璃反射回去的能量与太阳光总能量的比值。

3 镀膜玻璃的制备技术

常见的玻璃镀膜技术有磁控溅射法、气相沉积法、喷雾热解法和溶胶-凝胶法等。

3.1 磁控溅射法

在电场力的作用下，电子与惰性气体如氩气发生碰撞，导致氩气中的氩原子发生电离产生氩离子，Ar+在电场力作用下飞向阴极，产生的新的电子飞向基片。由于Ar+在产生过程中拥有高能量，对靶材表面进行轰击，使靶材表面逸出溅射粒子，这些溅射粒子会在基片表面沉积从而形成薄膜［3］。玻璃基片一般在磁控溅射过程中作为阳极，基片使用前应先切割成使用的尺寸，然后对基片清洗以除去表面的有机或无机污染物。靶材因镀膜不同而有所区别，一般氧化钨靶材、氧化锌靶材、氧化钛靶材是比较常用的。工作气体为惰性气体，Ar气较常用，使用前需充满整个腔体。

3.2 化学气相沉积法

化学气相沉积法是通过光辐射、等离子体作用、温度等方式使反应腔内的气体与另一种气体或者固体在气气界面或气固界面上发生化学反应，从而生成新的物质并沉积在固体基片上［4］。由于采用气体分子参与反应，温度比薄膜成分的熔点低很多，适用于单质金属薄膜、合金薄膜或者氧化物薄膜等，并且在不规则形状的基底上也能形成均匀的薄膜。此外，还可以通过调控原料气、反应条件等调整薄膜的成分和结构，得到较好的薄膜。影响沉积效果的因素主要有基底温度、气体分压、系统总压力、基底材料等，提高基底与薄膜之间的附着力还可以通过提高基底温度、活化基底表面、制作梯度过渡层、清洗基底等措施来实现，最终获得较好的沉积效果。

3.3 喷雾热解法

喷雾热解法是将含金属粒子的溶液雾化后喷至玻璃基底，利用各种加热方式使溶剂挥发，溶质在基底上发生反应得到薄膜。喷雾热解过程受到喷雾过程和热解过程双重控制，在喷雾过程中，最首要是获得均匀、细密的雾滴。溶液的雾化程度、雾滴的大小和形状、雾滴的均匀性、溶剂的挥发性、温度以及喷嘴形状、压力都会影响喷雾的效果。为了提高溶液的喷雾效果，又逐渐发展出了超声喷雾热分解技术、静电喷雾热分解技术、基于微电子的喷雾热解技术等。

3.4 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法通常是利用金属醇盐或无机盐类，在有机溶剂中溶解形成均匀溶液，在一定温度下水解和聚合形成具有一定黏度的溶胶，将溶胶涂在玻璃基底上，再通过热处理除去有机物，形成所需要的薄膜。溶胶-凝胶法具有设备简单、制备温度低、容易调整配合比等特点。溶胶-凝胶法容易在各种形状的玻璃基底上获得薄膜，能够实现薄膜的大规模制备。

4 结语

镀膜玻璃作为一种节能材料在建筑中的应用会越来越广泛，随着经济的快速发展，在其它领域的应用也会随之拓展。因此需要对镀膜玻璃的性能要求、制备工艺和检测技术进行深入研究，从而加速镀膜玻璃的应用推广，促进建筑领域的碳减排和碳中和目标的实现。