反射型高效率气致变色调光薄膜关键技术研究

Switchable mirror, based on magnesium alloy thin film, could achieve intelligent optics adjustment that from mirror state to transparent state through applying power or accessing hydrogen gas. Its controlled bidirectional adjustment function in winter and summer could make energy-saving effect of constructions raise drastically. It will be one of the important coating materials of next generation intelligent energy-saving glass. The research is based on existing research foundation and concentrating on key science and technology questions of industrialization application of magnesium alloy thin film switchable mirror, such as improvement of optical property and switching time. Started with action principle of light and thin-film material, through composition optimization of materials, measure and calculation of optical constant and optical design of multilayer film, the research has improved regulatory capacity of transparent-state visible light. From the study of magnesium alloy thin film preparation technology and connection with micro-structural design, the research has observed film surface texture change in real time, understood physical mechanisms of thin film hydriding/dehydriding, and tried to clarify degradation mechanism of alloy thin film, understood magnesium materials deeply. The research has tried to raise optical property and lifetime of switchable mirror and provide technology support for industrialization application of magnesium alloy energy-saving glass.

基于新型镁合金氢化物薄膜的智能调光镜可以通过施加电场或者通入氢气来实现从高反射的镜面状态到透明态的光学智能调控，作为节能窗可实现冬季和夏季光热的双向调节，从而使建筑物的节能效果得到大幅度的提高，是下一代重要的智能节能玻璃镀膜材料之一。本研究立足于深厚的既有研究基础，面向智能薄膜调光镜产业化应用的关键科学技术问题如光学特性的改善及开关次数的提高等应用上的瓶颈，从光与薄膜材料的作用原理入手，通过对材料的成分优化，光学常数的测算及多层膜的光学设计来实现透明态可见光调控能力的提高，通过对镁合金薄膜的制备工艺的研究，并结合微结构设计，实时观察薄膜表面结构变化，了解合金薄膜的吸/脱氢的物理机制，试图阐明合金氢化物薄膜的劣化机理，深入理解镁合金材料基础物性，实现从总体上对材料的光学性能和寿命的大幅度提升，为新型镁合金基反射型节能玻璃的产业化提供技术支撑。

调光镜是基于气致变色的原理而实现其特殊的光学转变特性的薄膜，它以具有储氢功能的镁合金薄膜为核心材料，通过吸氢和放氢来实现镜态和透明态之间的可逆转换。当阳光辐射很强的时候，控制薄膜释放氢变成镜态把太阳光反射出去，当阳光辐射弱的时候通过吸氢变成透明状态让阳光进入室内，从而实现智能节能调光薄膜对室内对光或热进出量的动态调节。. 镁合金调光镜的寿命低是其产业化应用的主要障碍，其劣化的主要原因是：（一）镍镁共溅射时镁原子迁移到薄膜的表面，阻碍了氢原子扩散到镁合金层，导致吸放氢变慢；（二）反复吸放氢引起薄膜体积的膨胀，导致Pd层的破坏和断裂，从而导致镁合金的氧化。本课题在Mg合金调光层的光学特性，Pd合金催化层的改进，薄膜吸放氢劣化机制以及服役性能方面做了一系列的研究。. 研究镁基合金薄膜材料在金属态及氢化物态下的光谱特性，根据各个合金组合的光学特性及耐久性选择合适的体系。要求合金体系在氢化物状态下的具有光中性，且可见光透过率在50%以上具有耐久性的合金体系薄膜材料。通过光学测试手段和原子力显微镜形貌观察方法研究不同合金体系的服役性能与其表面形貌的关系确定薄膜的劣化规律，确定不同体系的吸放氢过程的体积膨胀大小与劣化机制之间的因果关系。通过光电子能谱分析的方法研究原样品与劣化样品的价态变化来解释镁合金薄膜的劣化机制。研究Pd-M合金催化层对镁合金调光镜的光学性能，响应时间及耐久性的影响。通过共溅射法制备出具有催化活性，可见光透过率高，又有耐久性的Pd-M合金体系。. 镁合金薄膜调光层和Pd金属催化层中间夹入一种氢透过性金属层，研究缓冲层对合金薄膜光学性能，响应时间，耐久性的影响,其耐久性比无缓冲层体系一般提高4倍左右。为了获得耐久性和光学响应稳定性更好的调光镜，在合金薄膜上方涂一层保护膜，研究保护膜对调光薄膜的光学性能，响应时间及服役性能的影响,有保护层的调光镜寿命达到1500次的可逆循环次数。