從包頭稀土研究院獲悉，該院的最新研發(fā)成果——EASTO.1098斷熱稀土玻璃涂層(以下簡(jiǎn)稱涂層)被認(rèn)定為2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)級(jí)首批次新材料�！拔覀兊牟牧现孕拢切略诹诵阅芊矫�，它可以直接涂在玻璃表面，能夠在3小時(shí)內(nèi)快速降溫，最高可調(diào)節(jié)溫度7—15度，節(jié)能25%—40%�！卑^稀土研究院天津分院院長(zhǎng)溫永清告訴記者。
據(jù)悉，這種涂層由包頭稀土研究院與成都某科技公司合作研發(fā)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)三元稀土摻雜硼化物材料的制備研究與性能篩選，最終制備出穩(wěn)定、高性能的稀土納米復(fù)合斷熱涂料產(chǎn)品。該新材料在斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均領(lǐng)先于目前市場(chǎng)上的玻璃貼膜、low-E玻璃及中空玻璃等同類產(chǎn)品。
需求：優(yōu)化玻璃隔熱性能大有“講究”
我國(guó)《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中曾提出，到2020年，我國(guó)城鎮(zhèn)新建建筑能效將提高20%，綠色建筑面積比重超過(guò)50%，而建筑能耗的40%在玻璃門窗上，所以提高玻璃的隔熱性能尤為關(guān)鍵。
“我們都知道，地球表面的熱能主要來(lái)源于日照，太陽(yáng)光的光譜主要集中于200-2500nm范圍內(nèi)，其中720-2500nm范圍內(nèi)均為紅外線，其能量占太陽(yáng)光總能量的一半;紅外線是人眼不可見(jiàn)的，而在不影響可見(jiàn)光透過(guò)的條件下，將紅外線有效阻隔，提高玻璃的隔熱性能，是國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)的重難點(diǎn)之一，目前，高質(zhì)量、高通透率的隔熱涂膜的研發(fā)主要集中在美日等國(guó)家。”?包頭稀土研究院高級(jí)工程師魯飛介紹說(shuō)：“雖然國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于太陽(yáng)光的阻隔有多種方法，但各自都存在諸多問(wèn)題�！�
魯飛用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。據(jù)介紹，這類玻璃通過(guò)在普通玻璃表面鍍層來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱效果，但是產(chǎn)品在建筑外墻被大量使用后，雖然對(duì)建筑本身起到了良好的保溫和隔熱性能，但是會(huì)大量反射太陽(yáng)光，并造成大量的光污染問(wèn)題。人們長(zhǎng)時(shí)間在光污染環(huán)境下工作，會(huì)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)重影響人身體和心理健康。另外，Low-E玻璃無(wú)法通過(guò)后期涂刷等方式使玻璃表面獲得隔熱能力，而且由于金屬層的氧化，其表面層壽命遠(yuǎn)低于玻璃本身的壽命，這導(dǎo)致了Low-E玻璃無(wú)法作為用于存量建筑玻璃的升級(jí)改造。
魯飛說(shuō)：“此外，著色玻璃在吸熱的同時(shí)也會(huì)吸收可見(jiàn)光，在實(shí)現(xiàn)隔熱效果的同時(shí)會(huì)大幅犧牲可見(jiàn)光透過(guò)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(jiàn)光透過(guò)場(chǎng)景的應(yīng)用�！�
記者還了解到，目前商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的紅外吸收材料為銫鎢青銅材料，具有很好的紅外吸收效果，然而其在紫外線照射下會(huì)出現(xiàn)光致變色現(xiàn)象，而且在加熱條件下會(huì)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。
研發(fā)：在稀土中尋求新材料制備之路
從以上分析可知，傳統(tǒng)Low-E玻璃和玻璃貼膜等產(chǎn)品的隔熱原理是通過(guò)在普通玻璃表面鍍層來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱效果，鍍膜后，Low-E玻璃可以對(duì)波長(zhǎng)2500nm以上遠(yuǎn)紅外線起到良好的反射作用，但也會(huì)造成污染�！盎谝陨蠁�(wèn)題我們認(rèn)為，如果能研發(fā)出一種可吸收光子的新材料，這些問(wèn)題就可以迎刃而解。”溫永清說(shuō)。
受局域表面等離子體共振(LSPR)現(xiàn)象的啟發(fā)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，具有一定長(zhǎng)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(qiáng)烈吸收入射光子，只要通過(guò)對(duì)材料粒徑和形貌的調(diào)控，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外光子的選擇性吸收，也就可以做成紅外線吸收材料。
魯飛透露，研發(fā)團(tuán)隊(duì)制備的涂層以稀土硼化物為基礎(chǔ)：“一方面，由于硼原子具有極強(qiáng)的電負(fù)性，其可以與稀土元素形成較強(qiáng)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(shí)，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�！�
此外研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)稀土元素種類以及摻雜量進(jìn)行調(diào)控，可以進(jìn)一步控制入射光子發(fā)生共振的波長(zhǎng)范圍。利用這種方法，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)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(wú)法對(duì)紅外線進(jìn)行光譜吸收的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
“我們開(kāi)發(fā)的涂層，紅、紫外線阻隔大于90%，可見(jiàn)光透過(guò)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�！睖赜狼褰榻B說(shuō)，團(tuán)隊(duì)還以雙銀LOW-E中空玻璃和新產(chǎn)品的效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示，在同等條件下，將雙銀LOW-E中空玻璃和涂有新材料玻璃分別放在紅外燈前，前者玻璃紅外線熱值為3417，雙銀LOW-E中空玻璃紫外線值為4857，阻隔率為50%;而后者玻璃紅外線熱值為320，紫外線值為19.4，阻隔率達(dá)99.8%。
從得出的數(shù)據(jù)可以肯定，這種基于斷熱稀土技術(shù)的新材料在應(yīng)用中表現(xiàn)出卓越的性能，即使是目前市面上性能優(yōu)異的雙銀LOW-E中空玻璃，其隔熱、防紫外線、和節(jié)能性也遠(yuǎn)落后于應(yīng)用了這種新材料的玻璃。”溫永清說(shuō)。
應(yīng)用：卓越性能填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白
2019年11月，包頭稀土研究院與成都科技企業(yè)合作建立斷熱稀土聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合推進(jìn)新型稀土納米斷熱涂層的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，目前，新型稀土納米斷熱材料及涂層產(chǎn)業(yè)制備技術(shù)已或關(guān)鍵技術(shù)突破，技術(shù)完善和產(chǎn)品制備進(jìn)入中試階段。
“現(xiàn)在我們已建成了國(guó)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，綜合測(cè)試顯示，新材料可實(shí)現(xiàn)節(jié)能25%—40%�！痹撈髽I(yè)負(fù)責(zé)人楊崛介紹，新開(kāi)發(fā)的涂層材料性能指標(biāo)有相當(dāng)部分已經(jīng)超過(guò)國(guó)外同類優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)斷熱玻璃涂層新材料的空白，同時(shí)可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。
那么涂有這種新材料的玻璃，用途究竟有多廣?太陽(yáng)熱能主要通過(guò)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(huì)涌向室內(nèi)，致使空調(diào)負(fù)荷增加，且紅、紫外線能使人體皮膚產(chǎn)生灼熱感;而新材料涂層可與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(wú)法穿透涂層，就能達(dá)到良好的隔熱、防曬性能，同時(shí)，因阻斷了輻射熱能，室內(nèi)溫度無(wú)法快速持續(xù)升溫，便減少了空調(diào)負(fù)荷，大大節(jié)約了空調(diào)費(fèi)用，最終到了節(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(dòng)向外傳播電磁波，所以，發(fā)熱電磁波根本無(wú)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(huì)更好，超級(jí)節(jié)能。
楊崛介紹說(shuō)，新材料可以在很大程度上解決我國(guó)建筑領(lǐng)域的能耗問(wèn)題：“我國(guó)建筑面積總量巨大，目前90%以上采用的是普通玻璃。按照近年來(lái)我國(guó)節(jié)能目標(biāo)計(jì)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(chǎng)需求量巨大。產(chǎn)品上市后，可廣泛運(yùn)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(wèn)題，產(chǎn)值億元以上，同時(shí)，為我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)�！�
記者了解到，目前相關(guān)企業(yè)已經(jīng)針對(duì)這種新材料及涂有新材料的產(chǎn)品建立了11家分公司，與全國(guó)10余個(gè)省份80多個(gè)城市簽訂了產(chǎn)品代理協(xié)議，今年預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)銷售近3000萬(wàn)元。
