👩🏻‍🤝‍👨🏿 👩‍🎓 🚈 स्पेक्ट्रम-चयनात्मक बहुलक खिड़की फिल्में: सूरज संरक्षण में 3M तकनीक 🅱️ ↩️ 💂

पिछले कुछ दशकों में ऊर्जा के तर्कसंगत उपयोग की आवश्यकता लगातार बढ़ती जा रही है। यह लेख खिड़कियों के माध्यम से आने वाले सूरज की थर्मल ऊर्जा से सुरक्षा के एक वैकल्पिक तरीके के लिए समर्पित है - वैकल्पिक रूप से पारदर्शी पारदर्शी फिल्मों के साथ ऊर्जा की बचत।

शब्दावली

संक्षिप्त नाम प्रारूप में कुछ शब्द सामग्री की धारणा को सरल बनाने के लिए दिए गए हैं:

• लाइट-टू-सोलर-गेन (एलएसजी) अनुपात - थर्मल एनर्जी कट-ऑफ के साथ दृश्यमान प्रकाश का संचरण

• दर्शनीय प्रकाश संचरण (वीएलटी) - दृश्यमान प्रकाश संचरण गुणांक

• सौर ताप लाभ गुणांक (SHGC)

• निकट अवरक्त अस्वीकृति (NIR) लंबी तरंग दैर्ध्य रेंज

• जल वाष्प संचरण दर (WVTR) - जल वाष्प पारगम्यता गुणांक

• मेटल-फ्री सोलर रिफ्लेक्टिंग फिल्में (SRF) - मेटल-फ्री सन प्रोटेक्शन फिल्में

• एंटीमनी टिन ऑक्साइड (ATO) - एंटीमनी और टिन ऑक्साइड

• इंडियम टिन ऑक्साइड (ITO), इंडियम और टिन ऑक्साइड

• बहुपरत ऑप्टिकल फिल्म (MOF) बहुपरत ऑप्टिकल फिल्म

वैकल्पिक रूप से पारदर्शी सूर्य-सुरक्षा फिल्मों के बारे में बातचीत शुरू करते हुए, हम याद करते हैं कि सफेद रोशनी, पराबैंगनी (यूवी) और अवरक्त (आईआर) गामा और एक्स-रे विकिरण के साथ, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम की सभी श्रेणियां हैं।

हमारे लेख में, हम सौर स्पेक्ट्रम के बारे में 0 से 2.5 नैनो मीटर (एनएम) की लंबाई की सीमा के बारे में बात करेंगे, कि कैसे 3M शोधकर्ता डॉ। रघु पडियट ने बहुपरत वैकल्पिक पारदर्शी पारदर्शी फिल्मों का एक अनूठा आविष्कार किया, जो सफेद रोशनी को स्वतंत्र रूप से घुसने की अनुमति देता है। कमरे में और एक ही समय में यूवी और आईआर विकिरण को ब्लॉक करें। सीमाओं के बीच कोई तेज संक्रमण नहीं है, लेकिन अगर हम सौर स्पेक्ट्रम की लंबाई पर विचार करते हैं, तो 3% पराबैंगनी है, 44% दृश्यमान है, 53% अवरक्त है।

थर्मल कटऑफ (एलएसजी) के साथ दृश्यमान प्रकाश का थर्मल संप्रेषण, दृश्य प्रकाश संचरण गुणांक (वीएलटी) और सौर ताप हस्तांतरण गुणांक (एसएचजीसी) के अनुपात से निरूपित किया जाता है, जिसका उपयोग अक्सर एक खिड़की फिल्म की प्रभावशीलता निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यह संकेतक उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जिनमें इमारतों के ग्लेज़िंग के माध्यम से प्रवेश करने वाली निष्क्रिय सौर ऊर्जा के अनुपात को कम करने के अलावा, आंतरिक रोशनी की एक बढ़ी हुई स्तर की भी आवश्यकता होती है।

अब तक, बाजार पर एक उच्च एलएसजी गुणांक वाली सभी खिड़की फिल्मों का निर्माण ढांकता हुआ-चांदी-ढांकता हुआ संरचना [3,4] के आधार पर किया गया है। सामान्य तौर पर, इन फिल्मों के प्रदर्शन में तीन तक चांदी की परतों का उपयोग किया जाता है, जिससे लगभग 70% लंबे तरंग दैर्ध्य NIR और VLT स्पेक्ट्रा की अवरक्त किरणों का एक उच्च प्रतिबिंब होता है।

चांदी को इसके अद्वितीय गुणों [5,6] के कारण चुना गया है। चांदी का उपयोग करने के नुकसानों में से एक इसकी ऑक्सीकरण के लिए संवेदनशीलता है। फिल्म के किनारों के खराब सील से परिधि के चारों ओर अंधेरा और जंग हो सकती है।

शुद्ध चांदी के बजाय चांदी के मिश्र धातुओं का उपयोग करके जंग की समस्या को हल किया जा सकता है, साथ ही साथ फिल्म के किनारों को ध्यान से सील करके। इन फिल्मों में परिरक्षण गुण भी होते हैं और इलेक्ट्रॉनिक इंट्रा-डिस्ट्रिक्ट कम्युनिकेशन सिस्टम, जीपीएस, मोबाइल फोन इत्यादि के संचालन में हस्तक्षेप कर सकते हैं।

यह सर्वविदित है कि सिल्वर रेज़ोनरेटर रिफ्लेक्टर पर आधारित फिल्मों का औद्योगिक उत्पादन मुश्किल है, क्योंकि सिल्वर लेयर की मोटाई में बहुत मामूली बदलाव के कारण एक महत्वपूर्ण रंग परिवर्तन होता है, खासकर जब प्रतिबिंबित प्रकाश में देखा जाता है। इसके अलावा, कोटिंग्स में चांदी की उपस्थिति को लागू फिल्म के किनारों के संघनन की आवश्यकता होती है।

चांदी / ढांकता हुआ बयान प्रौद्योगिकी पर आधारित उपयोग की गई खिड़की की फिल्मों का एक और दोष यह है कि इन फिल्मों में बहुत कम जल वाष्प पारगम्यता दर (WVTR) है। पानी का उपयोग फिल्मों की स्थापना और चिपकने वाली परत और फिल्म के बीच इसके अवशेषों को हटाने के लिए किया जाता है।

पॉलिमर फिल्में अवरक्त किरणों को दर्शाती हैं

3M चिंतनशील अवरक्त किरणों बहुलक बहुपरत फिल्मों को 3M द्वारा मोटर वाहन विंडशील्ड और अन्य अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए विकसित किया गया था [8,8]।

प्रौद्योगिकी के वर्णन को देखते हुए, हम आपको फिल्म के सिद्धांत को दर्शाते हुए एक छोटा वीडियो प्रदान करते हैं:

पहले, अल्फ्रे और अन्य ने दिखाया कि एक बहुलक फिल्म जिसमें विभिन्न अपवर्तक सूचकांकों के साथ दो सामग्रियों की सैकड़ों परतें होती हैं, एक फ्लोरोसेंट फिल्म [9] के गठन के साथ सह-निर्माण द्वारा प्राप्त की जा सकती हैं। द्विभाषी ऑप्टिकल सिस्टम के साथ बहुलक बहुपरत फिल्मों का उपयोग 3M [10, 11] द्वारा और अधिक विकसित किया गया था। इन संरचनाओं में द्विअर्थी सामग्रियों का उपयोग कई अद्वितीय गुणों की ओर जाता है जिन्हें एक छिड़काव विधि [12] के साथ लेपित पतली-फिल्म प्रकाशिकी का उपयोग करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

इन फिल्मों में, स्पेक्ट्रम की चौड़ाई और पट्टी सीमा का स्थान प्रत्येक जोड़ी परतों की मोटाई से निर्धारित होता है। इन परतों की मोटाई का चयन इसलिए किया जाता है ताकि विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग में एक प्रतिबिंब प्रतिबिंब दिखाई दे। पट्टी की बाईं और दाईं सीमा के उचित विकल्प और परतों की जोड़ी की मोटाई के सटीक नियंत्रण के साथ, दृश्य प्रकाश के उच्च संप्रेषण के साथ स्पेक्ट्रम के लंबे तरंग दैर्ध्य क्षेत्र के अवरक्त किरणों के अत्यधिक कुशल परावर्तक बनाए जा सकते हैं। कम ऑप्टिकल अवशोषण, तुच्छ ऑप्टिकल फैलाव, और द्विधा गतिवाला प्रणालियों के ऑप्टिकल स्थिरांक के कारण लंबे समय से तरंग दैर्ध्य अवरक्त रिफ्लेक्टर के ऑप्टिकल गुण लाभप्रद हैं। इन फिल्मों में उच्च दृश्यमान प्रकाश संचरण, तेज परावर्तक बैंड सीमाएं और पासबैंड के बाहर कम गैर-एकरूपता हो सकती है। एक साधारण तरंग की ABAB परत के साथ एक संरचना में, जिसमें ए और बी संरचनात्मक अपवर्तक सूचकांकों के साथ दो पॉलिमर सामग्री हैं, संरचनात्मक कारणों से, वे प्रतिबिंब बैंड को 800 एनएम से 1200 एनएम की सीमा में सीमित करते हैं। स्पेक्ट्रम की चौड़ाई में और वृद्धि से माध्यमिक प्रतिबिंब बैंड बनेंगे, जिससे फिल्म को रंग मिलेगा। चूँकि घटना का स्पेक्ट्रम सौर विकिरण 1200 एनएम के मान से बहुत आगे तक फैलता है, इसलिए ग्लेज़िंग के माध्यम से प्रवेश करने वाले सौर ऊर्जा के अंश को कम करने और 1200 एनएम के मान को पार करने के लिए साधन प्रदान करना आवश्यक है।

ग्लेज़िंग [13,14] में उपयोग के लिए इन्फ्रारेड एब्जॉर्बिंग नैनोफिल्टर का अध्ययन किया गया। इन सामग्रियों में दृश्य प्रकाश का काफी उच्च संचरण होता है, साथ ही साथ स्पेक्ट्रम की लंबी-लहर अवरक्त क्षेत्र में महत्वपूर्ण अवशोषण होता है। ऐसी सामग्रियों को बहुलक फिल्मों पर लागू किया जा सकता है जो ग्लेज़िंग सिस्टम के सौर ताप अंतरण गुणांक को और बढ़ाने के लिए अवरक्त किरणों को अवशोषित करते हैं। टिन-एंटीमनी ऑक्साइड (ATO) कोटिंग्स विशेष रूप से दिलचस्प हैं क्योंकि उनका अवशोषण बैंड स्पेक्ट्रम की लंबी-लहर अवरक्त क्षेत्र से परे फैली हुई है।

परिणाम और अस्वीकरण

पीईटी और पीएमएमए का उपयोग करके बनाई गई 224 परतों वाली एक बहुपरत बहुलक फिल्म के नकली और मापा प्रकाश संचरण स्पेक्ट्रा को चित्र 1 ए में दिखाया गया है। जैसा कि चित्र 1 ए से देखा जा सकता है, 850 एनएम - 1200 एनएम की सीमा में लगभग सभी प्रकाश स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में संचरण हानि (फ्रेस्नेल जोन को छोड़कर) और 1200 एनएम से परे स्पेक्ट्रम के अवरक्त क्षेत्र के अभाव में परिलक्षित होता है। इस फिल्म के अंदर एक ATO कोटिंग का उपयोग करते समय, स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में संचरण को लगभग 70% तक समायोजित किया जा सकता है, जबकि 850-2500 एनएम में लगभग पूरे लंबे-तरंग दैर्ध्य आईआर क्षेत्र को अवरुद्ध किया जा सकता है (चित्रा 1b) एक उच्च बहुपरत प्रतिबिंब गुणांक को बनाए रखते हुए। सामग्री। बहुलक परत की मोटाई या मात्रा दृश्य प्रकाश के संप्रेषण को समायोजित करने के लिए वांछित के रूप में बढ़ाई या घटाई जा सकती है। स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में अवशोषित करने की क्षमता के साथ कण, जैसे कार्बन ब्लैक, का उपयोग दृश्य प्रकाश [15] के उत्कृष्ट संप्रेषण के साथ खिड़की की फिल्मों का निर्माण करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, इन कणों को अवरक्त विकिरण के संचरण गुणांक या कोटिंग में एटीओ की एकाग्रता में काफी बदलाव के बिना दृश्यमान स्पेक्ट्रम में संचरण गुणांक को काफी कम करने के लिए शामिल किया जा सकता है।

चित्रा 1 ए और 1 बी: एक uncoated बहुलक बहुपरत फिल्म (चित्रा 1 ए) और एक एटीओ लेपित फिल्म (चित्रा 1 बी) के प्रकाश संचरण स्पेक्ट्रा को मापा और मापा।

एक चांदी / ढांकता हुआ संरचना के साथ छिड़काव वाली फिल्मों के विपरीत, ढांकता हुआ घटकों पर आधारित सभी प्रतिबिंब बैंडों में घटना के कोण (सामान्य घटना से दूर) में वृद्धि के साथ छोटी पट्टी की लंबाई के लिए संक्रमण होता है। यह कोण शिफ्ट आसन्न संपर्क सतहों से परावर्तित किरणों के बीच चरण कोण के कोसाइन की निर्भरता के कारण होता है।

घटना के कोण में वृद्धि के कारण, बीम के घटना के विमान के ध्रुवीकरण के साथ प्रतिबिंब बैंड के केंद्र और बीम के घटना के विमान के समानांतर ध्रुवीकरण के साथ कम तरंग दैर्ध्य के पास परतों की प्रभावी मोटाई को ध्यान में रखते हैं। एक उच्च द्विध्रुवीय बहुलक का उपयोग ढांकता हुआ परावर्तक बनाने के लिए किया जा सकता है जो घटना के बढ़ते कोण के साथ अपने प्रतिबिंब को बनाए रखते हैं या बढ़ाते हैं। इसके अलावा, गैर-सामान्य घटनाओं के लिए, आइसोट्रोपिक सामग्रियों में ध्रुवीकरण प्रभाव प्राकृतिक प्रकाश बैंड की सीमा की स्थिरता को सीमित करता है, जो रंग की शुद्धता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकता है।

Birefringent पॉलिमर एक परावर्तक बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जिसमें बीम की घटनाओं के समांतर ध्रुवीकरण के साथ सभी प्रकाशों के लिए सभी कोणों पर एक सुसंगत छोटी-तरंग दैर्ध्य बैंड सीमा होती है और किरण की घटनाओं के विमान के लिए ध्रुवीकरण के साथ प्रकाश, इन कठिनाइयों को दूर करता है।

चूंकि बहुपरत बहुलक परावर्तक का परावर्तन बैंड कम तरंग दैर्ध्य पर जाता है जिसमें अधिक सौर ऊर्जा (चित्रा 3 ए) होती है, बड़े ताप कोण पर सौर ताप हस्तांतरण गुणांक तेजी से घट जाता है। जैसा कि अंजीर। 2 ए और 2 बी से देखा जा सकता है, ढांकता हुआ / चांदी संरचना पर आधारित खिड़की फिल्मों की तुलना में बहुपरत बहुलक संरचनाओं में यह संक्रमण काफी अधिक है। सामान्य से 60 पर और सामान्य से 60 पर गिरने पर इन दो प्रकार की फिल्म के ऑप्टिकल गुण (तालिका में और आंकड़ों में 0 के रूप में सेट) तालिका 1 में प्रस्तुत किए जाते हैं।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऑफ-एक्सिस प्रदर्शन के लिए कोई मानक नहीं हैं। उद्योग मानक विधियाँ (पारभासी संरचनाओं के आकलन के लिए परिषद, www.nfrc.org देखें ) और सॉफ्टवेयर (विंडो 5, windows.lbl.gov/software/window/window.html से डाउनलोड के लिए उपलब्ध) केंद्र के बाहर गणना करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं फर्लर [15] द्वारा वर्णित एल्गोरिदम के आधार पर सामग्री के प्रकार को ध्यान में रखते हुए, इन गणनाओं में द्विभाजक सामग्रियों के लिए अपर्याप्त सन्निकटन होता है। नतीजतन, वार्षिक ऊर्जा आवश्यकताओं की गणना बहुपरत बहुलक खिड़की फिल्मों का उपयोग करके प्राप्त बचत के लिए अनुमानित पूर्वानुमान प्रदान करती है। इसके अलावा, चूंकि घटना के बाद सौर ऊर्जा एक स्थान से दूसरे स्थान पर बदलती रहती है और बड़ी संख्या में कारकों पर निर्भर करती है, जिसमें जल वाष्प भी शामिल हो सकता है, जो सतह को घना कर सकता है, सतह के एल्बिडो, रिचार्ज और वायुमंडलीय प्रदूषकों की सांद्रता, अन्य चीजों के अलावा, सौर ताप गुणांक आकार के आधार पर भिन्न हो सकते हैं घटना सौर विकिरण का स्पेक्ट्रम।

तालिका 1: aftermarket के आवेदन के लिए एक बहुलक खिड़की फिल्म के सौर संचरण गुण और एक ढांकता हुआ / चांदी संरचना के साथ एक खिड़की फिल्म।

टाइप	वीएलटी (%)		वीएलआर (%)		SHGC		यूवी प्रतिबिंब (%)
	0	60	0	60	0	60
ATO के साथ बहुपरत बहुलक	69	60	8.5	13	0.51	0.42	99.9
7-लेयर ITO / Ag	69	62	8.0	12	0.47	0.44	99.9

चित्रा 2 ए और 2 बी: एक एटीओ-लेपित बहुपरत बहुलक फिल्म (चित्रा 2 ए) के स्थानांतरण गुणांक और एक 7-परत आईटीओ / एजी / आईटीओ फिल्म (चित्रा 2 बी) सामान्य घटना में और 60 सामान्य घटना से।

निष्कर्ष

इन्फ्रारेड परावर्तक बहुलक बहुपरत फिल्मों को उच्च प्रकाश संचरण और गर्मी हस्तांतरण गुणांक के साथ aftermarket के आवेदन के लिए विंडो फिल्में बनाने के लिए एटीओ अवरक्त अवशोषित नैनोकणों के साथ लेपित किया गया था। यह दिखाया गया था कि इन फिल्मों में सूरज के बढ़े हुए कोणों पर ऊष्मा हटाने का एक उच्च गुणांक होता है। चूंकि इन फिल्मों में कोई स्प्रे करने योग्य परत नहीं होती है, इसलिए उनमें उच्च जल वाष्प की पारगम्यता दर होती है और इसे स्थापित करना आसान होता है। इन फिल्मों और स्प्रे फिल्मों की तुलना चांदी / ढांकता हुआ संरचना के साथ की जाती है।

साहित्य

1. www.v-kool-usa.com

2. www.vista-films.com

3. PH बर्निंग और AF टर्नर, "एक बैंड-पास फिल्टर के डिजाइन में प्रयुक्त शोषक फिल्मों में जबरन ट्रांसमिशन," 47 (3), 230, जे ऑप्ट। समाज। एम।, 1957

4. पीएच बर्निंग, "प्रिंसिपल्स ऑफ़ द डिज़ाइन ऑफ़ आर्किटेक्चरल क्लैडिंग," 22 (24), 4127, एपल। ऑप्ट।, 1983

5. जे। बोएचर, एम। स्कॉट, बी। कोस्टर, और एम। कोमिनामी, "सोलर-रिफ्लेक्टिव और मेटल-फ़्री फ़िल्म के परिणामस्वरूप मल्टी-लेयर परफॉर्मेंस," पृष्ठ 513, ग्लास प्रोसेसिंग डेज़, जून 2001।

6. जे। बॉइचर, एम। कोमिनामी, और एम। स्कॉट, "सोलर किरणों को दर्शाते हुए धातु रहित और तटस्थ रंग का उपयोग करके बहुपरत प्रदर्शन के परिणाम", पृष्ठ 538, ग्लास प्रोसेसिंग डेज़, 2003

7. टी। अल्फ्री जूनियर, ईएफ गर्नी, और डब्ल्यूजे श्रेंक, "फिजिकल ऑप्टिक्स ऑफ ए फ्लोरसेंटेंट मल्टीलेयर प्लास्टिक फिल्म," 9 (6), 400, पॉली। अभियांत्रिकी। विज्ञान, 1969

8. जेएम जोन्ज़ा, एमएफ वेबर, एजे औडर्कर्क, और सीए सॉवर, ऑप्टिकल फिल्म, यूएस पेटेंट 5,882,774, 16 मार्च, 1999।

9. जेए व्हीटली, एमएफ वेबर, एजे औडर्कर्क, "एक तीव्र सीमा के साथ ऑप्टिकल फिल्म," यूएस पेटेंट 6,157,490, 5 दिसंबर 2000।

10. एमएफ वेबर, सीए स्टोवर, एलआर गिल्बर्ट, टीजे नेविट, और ए जे औडर्कर्क, "मल्टीलेयर पॉलिमर रिफ्लेक्टर में बड़े द्विदलीय प्रकाशिकी", विज्ञान, 287, 2451, 2000।

11. एस। श्लेम और जीबी स्मिथ, "ऑप्टिमाइज़्ड सन ग्लेज़िंग के रूप में पॉलिमर में कमजोर लाब 6 नैनोपार्टिकल्स," 82 (24), 4346, एपल। भौतिकी। लेट।, 2003

12. जीबी स्मिथ, एमजे फोर्ड, सी। मसेंस, और जे। मुइर, "नैनोहाउसटीएम प्रोजेक्ट में एनर्जी-सेविंग कोटिंग्स," 4, 381, वर्तमान एप्लाइड फिजिक्स, 2004।

14. डीजे मैकगुर्रान, आरएल ब्रोट, जेए ओल्सन, अमेरिकी पेटेंट नंबर 6,811,867, 2 नवंबर, 2007।

15. आरए फुरलर, "सजातीय चश्मे के ऑप्टिकल गुणों की कोणीय निर्भरता", 97 (2), 1129, ASHRAE ट्रांस।, 1991।

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