不同膜層是對Low-E玻璃光譜選擇性的影響
上海耀皮工程玻璃有限公司 葛劍君

1引言
玻璃是一種傳統(tǒng)的建筑材料，隨著玻璃制造和 深加工技術(shù)的改革，新型玻璃建筑材料層出不窮。 大規(guī)格浮法玻璃、高平整度鋼化玻璃、夾層玻璃、 中空玻璃和鍍膜玻璃的應(yīng)用非常普遍，其中尤以鍍 膜玻璃最為突出，因其有出色的內(nèi)在性能和多樣的 外在表現(xiàn)，一直是設(shè)計師和幕墻企業(yè)青睞的對象。 因此，隨著大量鍍膜復合玻璃產(chǎn)品的推出和應(yīng)用, 大批新興的金融貿(mào)易城市采用大幕墻高層建筑的形 式，在國內(nèi)外帶來了建筑風格的革命。
隨著鍍膜玻璃的不斷發(fā)展，為了提高建筑玻璃 保溫性能，人們開始著手研究各種材料形成的薄膜 對最終透明玻璃內(nèi)在性能的影響和改變，Low-E鍍 膜玻璃便應(yīng)運而生了，人們利用銀、銅等具有低輻 射率的金屬鍍制低輻射薄膜來對玻璃進行改良，同 時伴隨著其他金屬和陶瓷材料鍍制不同種類的化合 物對玻璃進行顏色的調(diào)整，帶動了各類復合玻璃產(chǎn) 品的飛躍式發(fā)展。
2 Low-E玻璃光譜選擇性的研究
2.1研究對象
我們研究光譜選擇性時，既要考慮外在，如光 強、顏色等，也要考慮內(nèi)在，如能量、光子性質(zhì)等。 平時我們感受到的熱量大多為太陽輻射，它是地 球表層能量的主要來源。其中，97%集中在波長為 0.3-2.5 tun范圍內(nèi)，這部分能量來自室外，100龍以 下物體的輻射能量集中在2.5 gm以上的長波段，這 部分能量主要來自室內(nèi)。因此，我們研究能量輻射 時主要考慮在0.3~2.5 pm范圍內(nèi)，透過玻璃的能量 也主要集中在此區(qū)域中。
在太陽光譜中，能被我們?nèi)庋鄹兄碾姶挪ㄗV 即為可見光。可見光譜沒有精確的范圍，一般人的 眼睛可以感知的電磁波的波長大約在380-780 nm 之間。我們研究光譜選擇性的目的，就是要使可見 光最大限度的通過玻璃，同時又要將紫外、紅外部 分最大限度的隔絕在玻璃外側(cè)，這即是Low_E玻璃 的重要作用。圖1是普通玻璃與Low-E玻璃的光譜 對比。

圖1 6mm晉通白玻與6mmLow-E玻璃的光譜對比

Low-E為英文low emissivity的簡稱，指低輻射 鍍膜玻璃，是相對熱反射玻璃而言的，是一種節(jié)能 玻璃。我們普遍將Low-E玻璃制作成中空玻璃的 形式，本文研究也主要針對低輻射鍍膜中空玻璃。 Low-E中空玻璃對0.3-2.5呻的太陽能輻射具有 60%以上的透過率，白天來自室外輻射能量可大部 分透過，但夜晚和陰雨天氣，來自室內(nèi)物體的熱輻 射約有50%以上被其反射回室內(nèi)，僅有少于15%的 熱輻射被其吸收后通過二次輻射和對流交換散失, 因此能有效地阻止室內(nèi)的熱量泄向室外。Low-E玻 璃的這一特性，使其具有控制熱能單向流向室外的 作用。
制作Low-E玻璃的方法很多，本文主要討論真 空磁控濺射工藝。在此工藝中，應(yīng)用大量的金屬和 非金屬材料作為鍍膜材料，諸如錫、鋅、銀、銅、硅 等材料，可以以單質(zhì)形式、也可以化合物形式鍍制 到玻璃表面形成復合膜層，起到光譜選擇的作用。 2.2 Low-E玻璃的光譜選擇性
本文所研究的具有光譜選擇性的材料主要針對 目前普遍采用的鍍膜材料，如&3N4, ZnO, ZnSnO, Cu, Ag和NiCr合金等，由其中一種或者多種可以鍍 制出單層薄膜層或者復合薄膜層，且由于排列組合 的多樣性，可以生產(chǎn)多種的單銀Low-E玻璃、雙銀 Low-E玻璃甚至是三銀Low-E玻璃。
單銀Low-E玻璃：通常只含有一層功能層（銀 層），加上其他的金屬及化合物層，膜層總數(shù)達到 5層。
雙銀Low-E玻璃:具有兩層功能層（銀層）,加 上其他的金屬及化合物層，膜層總數(shù)達到9層。雙 銀Low-E玻璃的技術(shù)工藝控制難度比單銀大的多。
三銀Low-E玻璃：具有三層功能層（銀層），加 上其他的金屬及化合物層，膜層總數(shù)達到13層。三 銀Low-E玻璃的技術(shù)工藝控制難度最大。
膜層高光譜選擇性能的表示：
S-Tvis/g
其中：S一光譜選擇系數(shù)；Tvis可見光 在介質(zhì)中的透過率；g值——太陽得熱系數(shù)，是指 在相同條件下，太陽輻射能量透過玻璃進入室內(nèi)的 熱量（既包括直接透過的部分，也包括吸收后放出 的熱量）與通過相同尺寸但無玻璃的開口進入室內(nèi) 的太陽能熱量的比率。

圖2不同玻璃的光譜特性曲線
因此，Low-E玻璃理想的光譜選擇性透射特性 曲線在沒有色彩效果的影響下是一個矩形頻譜，如 圖3所示，在可見光區(qū)域（380 nm<2<780 nm ）之間 具有最大傳輸，在其余波段（300 nm<2<380 nm; 780 nm<2<2500 nm ）具有最小傳輸。 圖3理想的選擇性光譜特性曲線 我們知道，這個矩形特性曲線是不可能達到 的，因為任何物質(zhì)都具有透射、反射和吸收特性, 故我們主要研究不同材料在不同厚度情況下的透明 薄膜能夠接近這個理想特性曲線的程度。如圖2所 示，在普通玻璃、單銀、雙銀、三銀Low-E鍍膜玻璃 光譜曲線中，都不可能達到這個理想矩形的效果。 通過計算，我們可以知道，隨著功能膜層（銀層）的 增多，選擇系數(shù)S亦相應(yīng)升高，按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)： 單銀 Low-E 玻璃：1