透明隔热涂料用金属氧化物的研究进展
近年来，随着建筑高楼的兴起，大型玻璃窗和玻璃幕墙使用越来越广泛，如何减少玻璃使用造成的能源损耗，遏制能源危机成为当今研究的热门话题之一。据报道，建筑行业每年消耗约40%的全球能源，其中夏季制冷和冬季采暖约占总建筑能耗的50%。
目前市场存在的各种隔热节能产品，如镀膜玻璃、贴膜玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃等建筑玻璃，但是他们都存在可见光透过率较低，造价过高且需要更换已有的玻璃，限制了其在隔热节能材料的应用。为了达到冬天保暖夏天隔热的效果，透明隔热涂料作为一种简单有效的隔热节能材料，被广泛应用在建筑行业，对绿色可持续高质量发展具有十分重要的意义。透明隔热涂料中通常需要添加隔热填料才能够实现透明和隔热的作用。根据涂层的隔热方法，可分为反射型和吸收型。按照化学性质，隔热填料可分为有机填料和纳米无机填料两大类。添加有机填料的涂料的隔热、耐候和稳定性都不及添加纳米无机填料的涂料。
用于透明隔热涂料的纳米无机填料，可以在可见光透过率超过80%的同时，吸收大量红外光，具有很强的发展前景。纳米无机填料分为金属、金属氧化物和类金属三大类。与纯纳米金属相比，纳米金属氧化物结构稳定，不易被氧化，已经得到了广泛的研究。常见的纳米金属氧化物有氧化锡（SnO
2
）、氧化锌（ZnO）、氧化钨（WO
3
）、和二氧化钒（VO
2
），及其掺杂型的金属氧化物。通过掺杂更高价态的金属，可以提高金属氧化物的载流子浓度，达到很好的红外光屏蔽效果。因此，本文重点讨论透明隔热涂料用填料纳米金属氧化物。
纳米金属氧化物虽然具有优异的光学性能，但是同样存在改进的地方，例如氧化铟锡（ITO）的价格昂贵，且In的毒性大，氧化锑锡（ATO）和Al掺杂ZnO（AZO）在800~1200nm波段的红外线阻隔效果不好，Cs
x
WO
3
稳定性较差，在紫外光下不稳定，这些问题亟待解决。
1 反射型纳米金属氧化物
反射型纳米金属氧化物可以赋予透明隔热涂料选择性地反射太阳光的能力。目前，反射型纳米填料中，SnO
2
和ZnO及其掺杂型复合填料的研究已经十分广泛。
1.1 纳米氧化锡基填料
二氧化锡是一种N型宽能隙半导体，具有正四面体金红石结构，禁带宽度为3.5~4eV，理论上是绝缘体，但晶体存在一些本征缺陷，例如氧空位，使得SnO
2
薄膜具有导电特性。由于薄膜的本征电阻率过大，必须通过掺杂来降低电阻率，从而达到应用的水平。常见的有氧化铟锡（ITO）、氧化锑锡（ATO）和氧化氟锡（FTO）。
1.1.1 ITO
ITO纳米粉体在可见光区域高透光，而在近红外光区域高反射，具有十分优异的光学性能。此外，ITO还有优异的化学性能、耐磨、耐腐蚀和导电性。Katagiri等以全氢聚硅氮烷为前驱体，制备了均匀分散ITO的纳米二氧化硅红外屏蔽涂层，可见光透过率超过80%，完全阻挡了波长>1400nm的红外光。涂层在750g载荷下的铅笔硬度为9H，解决了以往ITO薄膜硬度过低无法商业化的问题。
Tao等通过非水合成法，在氩气下使用油酸和油胺为封端剂，将乙酸铟和乙酸锡热分解制得ITO纳米粉体，而后接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA），再分散到环氧树脂中，制备了ITO/环氧纳米复合材料。改性的ITO粒子均匀分散在环氧树脂中，可见光透过率>90%，而紫外光和红外光透过率都较低。在无机纳米粒子表面接枝聚合物大分子链，被认为是克服纳米粒子间吸引力和高浓度稳定分散的最有前途技术之一。
Guo等采用超声喷雾和微波辅助热解相结合的方法，在微波热解温度600℃，前驱体溶液物质的量浓度0.05mol/L的条件下，获得粒度分布均匀、致密、表面形貌光滑的ITO超细粉体。该方法具有简单、快速和无需后热处理的特点。
Chen等以In（NO
3
）
3
·H
2
O、SnC
2
O
4
、稀硝酸和NH
4
NO
3
为原料，以尿素/葡萄糖为复合燃料，采用新型喷雾燃烧法，制备了粒径约为40nm的纳米ITO粉末，为大规模制备ITO粉末提供了途径。
1.1.2 ATO
在SnO
2
中掺入Sb离子可以得到ATO纳米粉体。与ITO相比，ATO具有相近的光学性能，更好的机械性能和热稳定性能，使用广泛，大大降低了成本。
Li等通过氧化共沉淀-水热法，C
2
H
5
OH、NH
3
·H
2
O和H
2
O
2
分别用作溶剂、沉淀剂和氧化剂，探讨了对ATO合成的影响。研究发现：Sb
3＋
被H
2
O
2
氧化成Sb
5＋
，然后进入SnO
2
的晶格，取代了Sn
4＋
，C
2
H
5
OH能很好地溶解SnCl
4
·5H
2
O，锡离子和锑离子被NH
3
·H
2
O沉淀，达到原子水平的混合。当Sb/Sn的摩尔比为6.25%时，ATO具有出色的近红外屏蔽性能。
ATO空心微球....
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