不同膜层是对Low-E玻璃光谱选择性的影响
不同膜层是对Low-E玻璃光谱选择性的影响
上海耀皮工程玻璃有限公司 葛剑君
1引言
玻璃是一种传统的建筑材料，随着玻璃制造和 深加工技术的改革，新型玻璃建筑材料层出不穷。 大规格浮法玻璃、高平整度钢化玻璃、夹层玻璃、 中空玻璃和镀膜玻璃的应用非常普遍，其中尤以镀 膜玻璃最为突出，因其有出色的内在性能和多样的 外在表现，一直是设计师和幕墙企业青睐的对象。 因此，随着大量镀膜复合玻璃产品的推出和应用, 大批新兴的金融贸易城市采用大幕墙高层建筑的形 式，在国内外带来了建筑风格的革命。
随着镀膜玻璃的不断发展，为了提高建筑玻璃 保温性能，人们开始着手研究各种材料形成的薄膜 对最终透明玻璃内在性能的影响和改变，Low-E镀 膜玻璃便应运而生了，人们利用银、铜等具有低辐 射率的金属镀制低辐射薄膜来对玻璃进行改良，同 时伴随着其他金属和陶瓷材料镀制不同种类的化合 物对玻璃进行颜色的调整，带动了各类复合玻璃产 品的飞跃式发展。
2 Low-E玻璃光谱选择性的研究
2.1研究对象
我们研究光谱选择性时，既要考虑外在，如光 强、颜色等，也要考虑内在，如能量、光子性质等。 平时我们感受到的热量大多为太阳辐射，它是地 球表层能量的主要来源。其中，97%集中在波长为 0.3-2.5 tun范围内，这部分能量来自室外，100龙以 下物体的辐射能量集中在2.5 gm以上的长波段，这 部分能量主要来自室内。因此，我们研究能量辐射 时主要考虑在0.3~2.5 pm范围内，透过玻璃的能量 也主要集中在此区域中。
在太阳光谱中，能被我们肉眼感知的电磁波谱 即为可见光。可见光谱没有精确的范围，一般人的 眼睛可以感知的电磁波的波长大约在380-780 nm 之间。我们研究光谱选择性的目的，就是要使可见 光最大限度的通过玻璃，同时又要将紫外、红外部 分最大限度的隔绝在玻璃外侧，这即是Low_E玻璃 的重要作用。图1是普通玻璃与Low-E玻璃的光谱 对比。
图1 6mm晋通白玻与6mmLow-E玻璃的光谱对比
Low-E为英文low emissivity的简称，指低辐射 镀膜玻璃，是相对热反射玻璃而言的，是一种节能 玻璃。我们普遍将Low-E玻璃制作成中空玻璃的 形式，本文研究也主要针对低辐射镀膜中空玻璃。 Low-E中空玻璃对0.3-2.5呻的太阳能辐射具有 60%以上的透过率，白天来自室外辐射能量可大部 分透过，但夜晚和阴雨天气，来自室内物体的热辐 射约有50%以上被其反射回室内，仅有少于15%的 热辐射被其吸收后通过二次辐射和对流交换散失, 因此能有效地阻止室内的热量泄向室外。Low-E玻 璃的这一特性，使其具有控制热能单向流向室外的 作用。
制作Low-E玻璃的方法很多，本文主要讨论真 空磁控溅射工艺。在此工艺中，应用大量的金属和 非金属材料作为镀膜材料，诸如锡、锌、银、铜、硅 等材料，可以以单质形式、也可以化合物形式镀制 到玻璃表面形成复合膜层，起到光谱选择的作用。 2.2 Low-E玻璃的光谱选择性
本文所研究的具有光谱选择性的材料主要针对 目前普遍采用的镀膜材料，如&3N4, ZnO, ZnSnO, Cu, Ag和NiCr合金等，由其中一种或者多种可以镀 制出单层薄膜层或者复合薄膜层，且由于排列组合 的多样性，可以生产多种的单银Low-E玻璃、双银 Low-E玻璃甚至是三银Low-E玻璃。
单银Low-E玻璃：通常只含有一层功能层（银 层），加上其他的金属及化合物层，膜层总数达到 5层。
双银Low-E玻璃:具有两层功能层（银层）,加 上其他的金属及化合物层，膜层总数达到9层。双 银Low-E玻璃的技术工艺控制难度比单银大的多。
三银Low-E玻璃：具有三层功能层（银层），加 上其他的金属及化合物层，膜层总数达到13层。三 银Low-E玻璃的技术工艺控制难度最大。
膜层高光谱选择性能的表示：
S-Tvis/g
其中：S一光谱选择系数；Tvis可见光 在介质中的透过率；g值——太阳得热系数，是指 在相同条件下，太阳辐射能量透过玻璃进入室内的 热量（既包括直接透过的部分，也包括吸收后放出 的热量）与通过相同尺寸但无玻璃的开口进入室内 的太阳能热量的比率。
图2不同玻璃的光谱特性曲线
因此，Low-E玻璃理想的光谱选择性透射特性 曲线在没有色彩效果的影响下是一个矩形频谱，如 图3所示，在可见光区域（380 nm<2<780 nm ）之间 具有最大传输，在其余波段（300 nm<2<380 nm; 780 nm<2<2500 nm ）具有最小传输。
图3理想的选择性光谱特性曲线
我们知道，这个矩形特性曲线是不可能达到 的，因为任何物质都具有透射、反射和吸收特性, 故我们主要研究不同材料在不同厚度情况下的透明 薄膜能够接近这个理想特性曲线的程度。如图2所 示，在普通玻璃、单银、双银、三银Low-E镀膜玻璃 光谱曲线中，都不可能达到这个理想矩形的效果。 通过计算，我们可以知道，随着功能膜层（银层）的 增多，选择系数S亦相应升高，按照经验数据：
单银 Low-E 玻璃：1