本實(shí)用新型涉及一種有序密集排布的微腔結(jié)構(gòu)膜真空玻璃(簡(jiǎn)稱“微腔玻璃”)，屬于特種玻璃材料加工生產(chǎn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

理想的建筑和交通運(yùn)載工具必用玻璃，其要求是能提供冬暖夏涼和透光的保證。這就是要求玻璃窗既要隔冷熱、保溫，又要透可見(jiàn)光、節(jié)能低碳并且具有裝飾的效果。

現(xiàn)有的建筑窗玻璃主要采用的有普通玻璃、顏色玻璃或中空玻璃(兩片玻璃之間夾放框架并密封)，其對(duì)建筑節(jié)能和舒適雖有一定作用，但是滿足不了人們的需求。除此之外，還有一種較流行的技術(shù)方法-即在普通單片玻璃上貼膜或鍍膜，也能較好地達(dá)到一定的夏季隔熱、冬季保溫的目的。近年來(lái)在國(guó)際上熱門的產(chǎn)品還有低輻射鍍膜單片玻璃(簡(jiǎn)稱LowE玻璃)和一類新發(fā)展的未來(lái)玻璃產(chǎn)品-電致變色玻璃。它們?cè)诠?jié)能效率和性價(jià)比等方面都存在不足。比如，二者都要有功能性材料-二氧化錫(SnO₂)層。它既是低輻射膜材料又是光電子行業(yè)常用的透明導(dǎo)電材料；但是，SnO₂價(jià)格和資源限制了未來(lái)的應(yīng)用和市場(chǎng)。中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)200420083199.0號(hào)公開(kāi)了一種低輻射鍍膜玻璃，它復(fù)合有五個(gè)膜層：金屬氧化物膜層、金屬或合金阻擋層、金屬銀、金屬或合金阻擋層、金屬氧化物膜層。該復(fù)合玻璃結(jié)構(gòu)使用太多的貴金屬和合金，成本高、透過(guò)率低。中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)02291440.4號(hào)公開(kāi)了一種中空玻璃，它由多片玻璃和一個(gè)框架構(gòu)成，框架設(shè)置在其中兩片玻璃之間，并通過(guò)密封材料丁基密封膠粘接和密封；玻璃采用鋼化玻璃與普通玻璃的復(fù)合層，其間用PVB膠片粘合，其中一片玻璃上用鈦金箔粘附。該復(fù)合玻璃結(jié)構(gòu)沒(méi)使用低輻射鍍膜材料，沒(méi)有真空間隔層結(jié)構(gòu)，所以它絕熱和抗輻射效果就較差。

此外，目前流行的高層建筑玻璃幕墻化；但是，玻璃幕墻除了前述問(wèn)題它還存在著光污染等缺點(diǎn)。幕墻的光污染是由于采用了涂膜玻璃或鍍膜玻璃后，當(dāng)直射日光和天空光線照射到其表面時(shí)，由于玻璃的鏡面反射(即正反射)而產(chǎn)生的反射炫光。首先，光污染是制造意外交通事故的兇手；其次，光污染也給附近的居民生活帶來(lái)了麻煩，夏日陽(yáng)光被反射到居室中，會(huì)使室溫平均升高4～6℃，夜間干擾休息等。

上述二個(gè)專利及其它產(chǎn)品都不具備使玻璃既要隔冷、隔熱、保溫，隔離紅外熱輻射，又要透可見(jiàn)光、節(jié)能低碳、降低光污染并具有裝飾的效果。目前，在市場(chǎng)和文獻(xiàn)中都還沒(méi)有這種有序微孔結(jié)構(gòu)真空玻璃。本實(shí)用新型“微孔玻璃”的效能和制備方法是與以往的傳統(tǒng)的產(chǎn)品不一樣的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種有序密集排布的微腔結(jié)構(gòu)膜真空玻璃。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種有序密集排布的微腔結(jié)構(gòu)膜真空玻璃，包括微腔玻璃板(1)，所述玻璃板(1)內(nèi)部有一層或二層緊密排布的微球體(2)，在每一層微球體(2)的表面設(shè)置一層薄膜(3)，在每一層或雙層之間緊密排布的鄰近的微球體(2)之間有微腔(4)存在。

技術(shù)方案中所述的微球體(2)的形狀為球形、橢球形或錐體形；所述薄膜(3)的厚度是在10-1980納米之間；薄膜(3)的覆蓋面積是一層微球體中的球形和橢球形的半個(gè)球的表面或者是錐體形的整個(gè)側(cè)面的側(cè)面積。

技術(shù)方案中所述微腔玻璃板(1)是平板或者是曲面板，平板或曲面板的微腔玻璃板(1)的面積是在1-60000平方厘米之間。

技術(shù)方案中所述微球體(2)的材料是透明硬質(zhì)材料。

技術(shù)方案中所述的透明硬質(zhì)材料為普通玻璃、石英玻璃或純SiO₂。

技術(shù)方案中所述微球體(2)的尺寸，以微球體的最大粒徑為準(zhǔn)范圍在0.3-20000微米之間。

技術(shù)方案中所述薄膜(3)的材料是金屬Cu、Al、Zn、Ti、Ag；或者是金屬Cu、Al、Zn、Ti、Ag中兩種或三種的復(fù)合材料；或者是合金材料；或者是透明硬質(zhì)材料；或者是半透明硬質(zhì)材料。

技術(shù)方案中所述的透明硬質(zhì)材料或半透明硬質(zhì)材料為半導(dǎo)體氧化物材料Cu₂O、ZnO、TiO₂、NiO、SnO₂、V₂O₅、MoO₃、WO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄或半導(dǎo)體氧化物材料Cu₂O、ZnO、TiO₂、NiO、SnO₂、V₂O₅、MoO₃、WO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄中兩種、三種或多種復(fù)合的材料。

技術(shù)方案中所述微腔(4)內(nèi)不存在任何物質(zhì)，為真空腔體，真空的氣體壓強(qiáng)小于9.8X10^-1Pa。

技術(shù)方案中所述微腔玻璃板(1)的四周邊沿設(shè)置有用于密閉、安全、運(yùn)輸和安裝用的多功能密封膠(5)和密封邊框(6)；密封邊框(6)為金屬、合金或者是硬質(zhì)塑料。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案綜合利用了三種物理學(xué)原理與技術(shù)：(i)光學(xué)微腔；(ii)“真空”科技；(iii)低表面輻射率材料。

(i)光學(xué)微腔

通過(guò)光學(xué)理論分析和設(shè)計(jì)，在玻璃板1中實(shí)現(xiàn)了在每一層緊密排布的鄰近的多個(gè)微球之間有整齊排列的很小間隙的微腔。由于這些微腔存在多種曲面形狀的“空氣/玻璃”或“真空/玻璃”的光學(xué)界面；則在微腔的尺寸效應(yīng)影響下，依據(jù)設(shè)計(jì)它們將對(duì)不同光譜波段的光線產(chǎn)生不同的透射、反射、散射；從而使較小尺寸的微空腔能一定程度地提高對(duì)紅外波段輻射光的阻擋，保證可見(jiàn)光透射的特性實(shí)現(xiàn)。

眾所周知，在我們的環(huán)境中一般來(lái)講太陽(yáng)能及各種熱輻射源、光源等對(duì)于窗玻璃都是有角度入射的光線，從而使較大尺寸的微空腔結(jié)構(gòu)使得非垂直玻璃表面入射的熱輻射光線都產(chǎn)生多個(gè)角度的反射，或在微腔內(nèi)多次反射而衰減；這就避免了由于普通窗玻璃以及鍍膜玻璃的鏡面反射(即正反射)而產(chǎn)生的反射炫光和光污染。

特別的當(dāng)微腔4的內(nèi)表面設(shè)置一層或二層低表面輻射率材料的薄膜后[參見(jiàn)(iii)低表面輻射率材料]，上述效應(yīng)就更加顯著。

(ii)“真空”科技

遵循能量的傳遞原理并借助“真空”科技的成果，實(shí)現(xiàn)了間隙微腔之內(nèi)的真空度的實(shí)現(xiàn)。玻璃中的‘真空’微腔的引入真正地實(shí)現(xiàn)了無(wú)熱傳導(dǎo)和無(wú)熱對(duì)流材料的創(chuàng)新；同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了隔聲作用。因?yàn)樵凇婵铡⑶恢袥](méi)有傳導(dǎo)和對(duì)流的媒介存在，也不存在各種聲音的傳導(dǎo)媒介。

再者，‘真空’微腔的存在替代了傳統(tǒng)的真空腔體中必須有的支撐物，它被用來(lái)支撐玻璃受外界大氣壓的壓力，而達(dá)到玻璃內(nèi)部和外部大氣壓力的平衡；使玻璃板的上下表面之間保持穩(wěn)固間隔和真空層。

(iii)低表面輻射率材料薄層

由于在微球2的球殼表面涂制的低輻射材料的薄膜，所以它形成了光學(xué)空腔——微腔4的內(nèi)表面膜層。這個(gè)紅外光熱輻射反射層使得該“微腔玻璃”具有很低的表面輻射率，并對(duì)紅外熱輻射的反射率很高；同時(shí)可見(jiàn)光依然可以透過(guò)該薄膜和玻璃板。總的效果能保持室內(nèi)光線柔和，實(shí)現(xiàn)節(jié)約照明能源、體感舒適而有利健康。

通過(guò)上述(i)光學(xué)微腔理論和光的反射、干涉和衍射效應(yīng)的設(shè)計(jì)利用，在該“微腔玻璃”中，金屬等類薄膜層的球殼或微腔基本單元(基元)構(gòu)成了更多的曲面型鏡面以及更大的反射面積，從而促進(jìn)增加了更多的紅外熱輻射光子和光線的反射、漫射等特性；因?yàn)樗鼈冇懈嗪透蟮某休d面積和額外間隙的真空，從而為阻隔熱的直接輻射提供了條件和環(huán)境。此外，它同時(shí)也可控制建筑的各個(gè)朝向?qū)Σ晒夂吞?yáng)輻射熱能隔絕的利用，使整個(gè)建筑成為更加節(jié)能而又舒適的活動(dòng)空間，裝飾性獲得進(jìn)一步改善，提升了建筑的品質(zhì)。

通過(guò)上述三種物理學(xué)原理的綜合設(shè)計(jì)和利用，該“微腔玻璃”實(shí)現(xiàn)了如下的場(chǎng)景應(yīng)用。在夏季，它可阻止部分室外太陽(yáng)發(fā)出的熱輻射進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)的空調(diào)冷氣卻不能對(duì)流到室外，節(jié)約空調(diào)費(fèi)用；而它同時(shí)對(duì)天空中漫射的可見(jiàn)光光線有很好的透過(guò)特性，節(jié)約照明費(fèi)用。在冬季，它就會(huì)有效地把室內(nèi)散熱片及室內(nèi)物體散發(fā)的遠(yuǎn)紅外線反射回室內(nèi)，保證室內(nèi)熱量不向室外散失。同時(shí)還能允許部分太陽(yáng)的可見(jiàn)光進(jìn)入室內(nèi)，從而可以節(jié)約空調(diào)取暖和照明費(fèi)用。

總之，該“微腔玻璃”在其內(nèi)部引入了有序排列的微腔結(jié)構(gòu)，引入了低輻射率的節(jié)能薄膜材料層，引入了“微結(jié)構(gòu)超級(jí)絕熱材料”——緊密排布的低氣壓的真空空腔，引入了遵循光學(xué)的反射/散射理論設(shè)計(jì)的“金屬異型曲面式反射體”，引入了微腔的超薄鍍層面積的選取以及光線通透設(shè)計(jì)(可以確定允許環(huán)境中漫射的可見(jiàn)光線通過(guò)和反射紅外光的比例)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是：

1)實(shí)現(xiàn)了一種新型有序真空光學(xué)微腔玻璃，該實(shí)用新型“微腔玻璃”具有遮陽(yáng)、節(jié)能、裝飾的效果。

2)它的節(jié)能低碳體現(xiàn)在能隔冷隔熱，保溫效果好，又能允許可見(jiàn)區(qū)光譜范圍的陽(yáng)光透過(guò)，而實(shí)現(xiàn)節(jié)省照明用電達(dá)到玻璃的效果。

3)它的隔冷隔熱體現(xiàn)在球殼薄膜能阻隔紅外輻射，以及微腔內(nèi)的真空實(shí)現(xiàn)了無(wú)熱傳導(dǎo)、無(wú)熱對(duì)流和無(wú)震動(dòng)波的傳導(dǎo)(隔音)。

4)它的遮陽(yáng)和裝飾體現(xiàn)在可以選擇性的設(shè)計(jì)具有淺黃色、淺銀色等多種類的顏色；具有使人眼舒適和一定的透光特征；可以選擇性的具有多彩色分光，可以選擇性的具有減少光的反射和慢反射，半反射或全反射鏡面的裝飾效果。

5)該“微腔玻璃”在冬季和潮濕陰雨天氣還具有一定的防霧、防結(jié)霜優(yōu)點(diǎn)。

6)該“微腔玻璃”也具有一定的窗簾功效，即可以實(shí)現(xiàn)在白日室外看不到室內(nèi)的人與物，而室內(nèi)卻可以容易看到室外的景象。

7)該“微腔玻璃”的主體材料僅僅使用玻璃和金屬框架，所以是理想的綠色循環(huán)利用的建材。

8)該“微腔玻璃”適用于未來(lái)的大片標(biāo)準(zhǔn)模塊化的“建材磚”,便捷用于整片墻體建造、安裝。

9)由前述的闡述，該“微腔玻璃”兼顧了各種保溫及玻璃材料的優(yōu)點(diǎn)，是性能優(yōu)良的復(fù)合型絕熱保溫透明玻璃體建材；它與傳統(tǒng)保溫、玻璃、建筑制品相比，各項(xiàng)其參數(shù)指標(biāo)都優(yōu)越，如，它的導(dǎo)熱系數(shù)低、適合可見(jiàn)光透過(guò)、能有一定的防霧防霜，隔聲保溫節(jié)能的功效。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明：

圖1是本實(shí)用新型的第一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖2是圖1中A-A向剖視圖；

圖3是本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖4是圖3中A-A向剖視圖；

圖5是本實(shí)用新型的第三個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖6是圖5中A-A向剖視圖；

圖7是本實(shí)用新型的第四個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖8是圖7中A-A向剖視圖；

圖中：1、微腔玻璃板；2、微球；3、薄膜；4、微腔；5、密封膠；6、密封邊框。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述：

一種有序密集排布的微腔結(jié)構(gòu)膜真空玻璃，包括微腔玻璃板1，所述微腔玻璃板1內(nèi)部有一層(或二層)緊密排布的微球體2(微球體包含球型、橢球、錐體)，在每一層微球體2的表面設(shè)置一層薄膜3，在每一層(或雙層之間)緊密排布的鄰近的微球體2之間有很小間隙微腔4存在。

技術(shù)方案中所述微腔玻璃板1可以是平板，或者是曲面板；平板或曲面板的微腔玻璃板1的面積是在1-60000平方厘米之間。

技術(shù)方案中所述微球體(2)的材料是透明硬質(zhì)材料(透明硬質(zhì)材料包含普通玻璃、石英玻璃、純SiO₂)；微球體(2)的尺度是在0.3-20000微米之間。

技術(shù)方案中所述所述薄膜(3)的材料是金屬Cu、Al、Zn、Ti、Ag，或者是它們的復(fù)合材料，或者是合金材料層，或者是透明/半透明硬質(zhì)材料層(透明/半透明硬質(zhì)材料層包含半導(dǎo)體氧化物材料及其多種復(fù)合物的材料層)；薄膜(3)的厚度是在10-1980納米之間。薄膜(3)的覆蓋面積是一層微球體中球型和橢球型的半個(gè)球的表面或者是錐體的整個(gè)側(cè)面的側(cè)面積。

技術(shù)方案中所述微腔4內(nèi)不存在任何東西，也沒(méi)有空氣，其真空氣體壓強(qiáng)小于9.8X10^-1Pa。

技術(shù)方案中所述玻璃板1的四周邊沿設(shè)置有用于安全、運(yùn)輸和安裝用的多功能密封膠5和密封邊框6；密封邊框6為硬質(zhì)材料(硬質(zhì)材料可以是金屬、合金或者是硬質(zhì)塑料)。

實(shí)施例一

本實(shí)施例的有序微腔玻璃板1是300平方厘米平板形狀，其內(nèi)部有二層緊密排布的SiO₂微球2。微球2的尺度是1微米，在其表面設(shè)置一層金屬Cu薄膜3，薄膜3的厚度是在30納米，薄膜3覆蓋半個(gè)微球的球表面。在這一層緊密排布的鄰近的微球2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內(nèi)不存在任何東西，也沒(méi)有空氣，其真空氣體壓強(qiáng)小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質(zhì)的密封邊框6。

實(shí)施例二

本實(shí)施例的有序微腔玻璃板1是600平方厘米平板形狀，其內(nèi)部有一層緊密排布的SiO₂微球2。微球2的尺度是2微米，在其表面設(shè)置一層金屬Al薄膜3，薄膜3的厚度是在50納米，薄膜3覆蓋半個(gè)微球的球表面。在第一層與第二層緊密排布的微球2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內(nèi)不存在任何東西，也沒(méi)有空氣，其真空氣體壓強(qiáng)小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質(zhì)的密封邊框6。

實(shí)施例三

本實(shí)施例的有序微腔玻璃板1是600平方厘米平板形狀，其內(nèi)部有一層緊密排布的玻璃圓錐體2。圓錐體2的尺度是2微米，在其表面設(shè)置一層金屬Al薄膜3，薄膜3的厚度是在50納米，薄膜3覆蓋完整圓錐體的側(cè)表面。在這一層緊密排布的鄰近的圓錐體2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內(nèi)不存在任何東西，也沒(méi)有空氣，其真空氣體壓強(qiáng)小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質(zhì)的密封邊框6。

實(shí)施例四

本實(shí)施例的有序微腔玻璃板1是300平方厘米平板形狀，其內(nèi)部有二層緊密排布的玻璃圓錐體2。圓錐體2的尺度是1微米，在其表面設(shè)置一層金屬Cu薄膜3，薄膜3的厚度是在30納米，薄膜3覆蓋完整圓錐體的側(cè)表面。在第一層與第二層緊密排布的玻璃圓錐體2之間有很小間隙微腔4存在。微腔4內(nèi)不存在任何東西，也沒(méi)有空氣，其真空氣體壓強(qiáng)小于1X10^-1Pa。在玻璃板1的四周邊沿裝配有密封膠5和合金材質(zhì)的密封邊框6。