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什么是Low-E玻璃的面电阻,有什么作用
类别:技术交流   日期:2019-8-27  来源: 建筑光学  点击率:4164  打印 关闭



编辑:武文杰


建筑物中通过门窗散失的热量约占整个建筑物采暖或制冷能耗的
50%,而通过玻璃流失的热量约占整个窗户流失热量的80%,降低经玻璃流失的热量成为了建筑节能中的重要环节。
所以,兼具优秀的采光性能与保温隔热性能的澳门国际平台游戏一直是行业内的一大研究热点,在这样的行业背景下,Low-E玻璃(Low Emissivity Glass)应运而生,此类玻璃对红外线有较高的反射率,对可见光有较高的透射率,制成的Low-E玻璃具有低传热系数和优秀的遮阳效果,不仅节能,更提高了建筑的舒适度


1 什么是
Low-E玻璃


Low-E玻璃,是在玻璃表面镀上多层金属(一般为银)或其他化合物组成的膜系产品
,按照加工工艺及Low-E膜的不同,Low-E玻璃可分为在线Low-E玻璃与离线Low-E玻璃。
普通玻璃的表面辐射率在0.84左右,意味着普通玻璃可将太阳光远红外热能的16%反辐射回去。在线Low-E玻璃的辐射率一般小于0.25意味着可将太阳光远红外热能的75%以上反射回去;离线Low-E玻璃的辐射率一般小于0.15其中三银Low-E玻璃辐射率更是可以达到0.02意味着三银Low-E玻璃可将太阳光远红外热能的98%射回去,可以很好的阻隔热辐射透过。关于Low-E玻璃更多的常识请参阅建筑光学微信公众号往期文章,这里不再赘述。


2 
面电阻是什么?
Low-E玻璃的各项性能有关吗?


面电阻可以简单的理解为在试样的表面两电极间所加电压与流过两电极间电流之比。


首先大家讨论一下影响面电阻大小的因素。材料的电阻大小是由材料中自由电子的平均自由程的长短来决定的,自由电子的平均自由程越短,材料的电阻率越大,自由电子的平均自由程越长,材料的电阻率越小。不同于大块的材料,对于连续的薄膜,由于尺寸效应(薄膜由于几何结构的限制引起导电特性的变化)的存在,薄膜的厚度会对其面电阻产生影响,薄膜的两个表面及各个晶粒对自由电子的散射会使自由电子的平均自由程减小,面电阻增大,特别是当薄膜厚度小于大块材料的自由电子平均自由程时,这种影响尤为明显
[1]离线Low-E玻璃中Ag层的厚度为十几纳米(小于大块Ag中自由电子的52nm的平均自由程),此时Ag层中自由电子的平均自由程随着Ag层厚度的减小急剧减小,所以玻璃的面电阻随着薄膜厚度的减小而显著增大


接下来,大家看看反射率及辐射率的大小与薄膜的什么特性有关。拥有高密度自由电子的材料,如金属、可导电的化合物等,其对光场(光是电磁波,会产生电磁场)的响应与光场的频率有关,当光的频率较低(长波)时,材料中的自由电子会被电场加速并发生碰撞,会有一小部分光能被吸取,而被极化的自由电子对光场的电磁屏蔽作用很强,即材料在红外区有很高的反射率。随着光频率的增加,材料对光能的吸取增加,对光的反射率降低。直到当光频率增加到某一频率时,由于电子惯性的存在,电子已经不能跟随光场的变化作运动,此时自由电子对光的吸取和反射都很弱,光可以透射过材料,即材料对大于该频率的光已经
“透明”[2]


以银为例,银对于波长小于134nm的紫外光是低吸取、低反射、高透射的,对可见光与红外是不透明的(这也就是为什么很多反射镜是银镜),波长越长,反射率越高。看到这,可能会有人问了,银不透明,那为什么Low-E玻璃可以选用银膜作为功能层呢?
因为可以通过改变金属膜的厚度来使金属的透射反射率发生改变,其实这一现象在国内外很多课题组的实验[3,4]中已经被证实,图1为银膜厚度对归一化的太阳光透射Tsolar、太阳光反射Rsolar、可见光透射TEYE293K温度下的辐射率Eλ>1μm)的影响从图中大家可以发现,银膜厚度较小时,可见光透射比与辐射率较高,随着银膜厚度的增加,银膜的辐射率降低,可见光透射率也随之降低,辐射率下降的更快随着材料与镀膜技术的进步,在保证低辐射率的前提下,目前银膜的可见光透射比已经可以达到80%以上了。



1 银膜厚度与归一化的太阳光透射
Tsolar、太阳光反射Rsolar、可见光透射TEYE293K温度下的辐射率E的关系[3]

 


看到这,大家应该发现了,面电阻与银膜厚度有关,辐射率也与银膜厚度息息相关,那么是不是可以通过测量面电阻来间接测量辐射率呢?答案是肯定的,面电阻与辐射率呈正相关的关系,通过测量面电阻就可以得到辐射率。


为了使辐射率降低,Low-E玻璃面电阻是不是越小越好呢?显然不是,当
功能层较厚时,面电阻减小,辐射率显著降低,但此时的可见光透射比也会降低,透过玻璃的可见光将减少,有研究表明[4],为了得到辐射率为0.05的产品,面电阻需小于4Ω,此时的银膜厚度需要增加到18nm,但可见光透射比将降为80%,可见膜层不是越厚越好,面电阻也不是越小越好由此可见,将面电阻控制在合理的范围内很重要,所以面电阻的准确测量非常重要。


注:以上的分析是在材料的密度、均匀性等都相同的情况下进行的。


3 面电阻的测量


目前,可用两种比较常见的方法来测量
Low-E玻璃的面电阻:
电磁感应非接触式测量法与四探针接触式测量法。


电磁感应非接触式测量面电阻的原理
当载有正弦波电流激励线圈接近被测表面时,线圈周围的交变磁场在被测表面感应电流,也产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场,又反射到探头线圈,不同的表面面电阻导致检测线圈阻抗的电阻和电感的变化,改变了线圈的电流大小及相位,通过测量变化量就可以获得被测表面的面电阻。


四探针接触式测量面电阻的原理
通过外侧两个探针对被测表面施加已知恒定电流,测量中间两个探针的电压,即可获得被测表面的面电阻。


目前,市面上已有相应的测量仪。


北京奥博泰科技有限企业的
手持式面电阻测量仪OHMETER OM1采用电磁感应非接触式测量法,可测量表面导电的与表面不导电的导电玻璃和导电膜层,可测0.5 Ohm/sq50 Ohm/sq范围内的面电阻,内置的电池可使该仪器连续工作6小时,是目前Low-E镀膜生产普遍选用的必备测量仪器。
仪器外形图见图2



图2  OHMETER OM1手持式面电阻测量仪
同样是北京奥博泰科技有限企业的在线四探针面电阻测量仪RD-800,采用四探针接触式测量面电阻的原理,主要用于测量导电膜层的方块电阻,如柔性材料导电薄膜、金属涂层或薄膜、陶瓷或玻璃等基底上导电膜(ITO膜)或纳米涂层等半导体材料。具有测量精度高、测量量程多、量程范围可根据被测膜层自动调整、探头探针可更换及易维修等优点。仪器外形图见图3。


 

图3 RD-800在线四探针面电阻测量仪

限于编辑能力、水平有限,文中有不妥之处,欢迎读者与大家交流。





 

参考文献:

[1]J W C de Vries. Resistivity  of  thin Au films as a function of grain diameter andtemperature[J]. J. Phys. F: Met. Phys. 1987,17, 1945-1952.

[2]E. SHANTHI, A. BANERJEE AND K. L. CHOPRA. DOPANT EFFECTS IN SPRAYED TIN OXIDE FILMS[J]. Thin Sohd Films. 1982, 88, 93-100.

[3]E. VALKONEN, B. KARLSSON and C-G. RIBBING. SOLAR OPTICAL PROPERTIES OF THIN FILMS OF Cu, Ag,Au, Cr, Fe, Co, Ni AND AI[J].Solar Energy. 1984, 32, 211-222.

[4]林育琼 冯仕猛 王坤霞. 金属薄膜厚度小于电子自由程对其光反射率的影 响[J]. 光子学报. 2011, 40, 263-266.

[5]范亚军. 可钢化低辐射镀膜玻璃镀膜工艺探索[J]. 澳门国际平台游戏与工业玻璃,2014, 7, 28-29.



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