来源：被动房网

 1 前言 

1907年以煤焦油为原料的酚醛塑料面世，标志着塑料时代的正式开始。石油炼制工业的兴起和石油化工的发展又给塑料工业注入了新鲜血液。二战后以石油产品为原料的树脂合成工艺迅速取代了煤化工在工业原料中的主体地位，各种塑料新品种不断涌现，塑料的普及给人们的生活带来了方便，涵盖从工业、建筑到日用品的方方面面。
因廉价、质轻、绝缘、不腐、不锈等诸多优点，塑料以惊人的速度，逐步代替了金属、木材和水泥等结构材料，产量在20世纪50年代超过了铝，随后又超过了铜和锌，70年代已经接近木材和水泥的产量，80年代初在体积上已经超过了工业时代的代表-钢。
20世纪30年代，连续挤出设备出现，逐渐有了板材、片材和膜材产品。膜材的厚度，一般认为在0.8毫米以下。因加工难度高，产品应用也更加细化和高端。膜材从单一功能开始，经过数十年的发展，逐渐走进复合功能、光学显示、特种应用等领域。近几年，随着纳米材料、石墨烯、氟塑料的长足发展，新型工艺的实现，高新应用的要求以及智能化产品的问世，膜材的发展更是千变万化，颠覆了传统的概念和认知。智能控制的膜材针对不同表面功能要求，可以做到现场贴合缠绕完成。例如，喷漆、喷涂等环境不友好的工艺，很多可以被膜材取代。本文探索了最新膜材和即将面世的产品在建筑和家居领域的智能应用。
引领一个行业从无到有的通常是材料，技术的发展需要新材料，而材料的发明和应用，又将推动技术的进一步发展。人类的发展进步一直伴随材料革命。从石器、铁器到今天的硅器时代，人类由于材料的发展而进入不同的时代，拥有了完全不同的生活模式。现在是分子器件的时代——有机芯、OLED、有机薄膜发电等有机、柔性和复合功能的膜材正在快速改变着人们的生活。

 2 有机太阳能发电薄膜 

有机太阳能发电膜材（如图1所示）是有机合成产品，主要元素是碳分子。区别于无机材料单晶硅或者多晶硅发电，材料不需要采矿冶炼，无需以破坏自然环境、高耗能提炼为代价。同OLED一样，它通过原材料合成、湿法印刷实现，厚度仅为纳米级。与不同基材复合的产品具有如下特性：
物理特性： 薄（如纱）轻（如毛）柔（如水）韧（如丝）；化学特性：无毒无害，自然降解；应用个性：形状可塑性，如皮肤可穿戴；颜色可调性：通明度和颜色可选择；环境适用性：全波段，全气候；室内使用：可以在弱光源下发电，即便是室内光照和晚间灯光照明环境里也可以持续发电。

图 1 复合在PET基材上的有机太阳能发电薄膜

轻薄以及与不同基材复合而得的不同形态的有机太阳能发电薄膜，可以应用到建筑屋面（无需增加承载）、立面（外墙装饰）和采光面，做到采光的同时发电。增加建筑美学的同时轻松实现分户发电、局域网储能互享等。此项技术目前在实验室已经达到了14%光电转化率。

 3 窗膜 

建筑物的采光设计至关重要，在光照设计完美的室内，人们的心情更加愉悦，工作、学习效率都会有所提高。过去对光线的调整主要是遮盖，例如室内使用各类窗帘、室外多为外遮阳。如今的窗膜，可以根据人们的需要，在节能的基础上，变化出不同的应用。

3.1 采光窗膜
不同于一般以减少光照、阻止光进入为目的的窗膜，采光窗膜利用自然光源来照亮房间内更大空间，关键技术是将入射光最大化地折射到室内天花板上，通过重新定向自然光减少人工照明、降低费用，如图2所示。

图 2 采光窗膜

采光窗膜考虑了不同季节太阳光的位置，窗口进光方向可有不同选择。设计要求天花板反射表面的亮度应达到4000勒克斯，略高于普通教室的亮度。电力消耗可以减少700～1100瓦/100M²。
这种技术将主要应用于办公室、教室、商场、医院和酒店等公共场所。

3.2 智能节能窗膜
智能节能窗膜能有效阻挡红外线，减少室内外温度交换，提高窗户的 K 值，达到节能的目的。这种膜材能够高效屏蔽近红外光，隔热效果（红外阻隔780-2500nm）高达80%，抗紫外线达到99%以上，利用光线强度、温度和电场等几种方式调控可见光透过率，实现光照度的无极分区智能调整，让室内光线、景观及节能舒适都处于最优设计范畴，如图3所示。多响应型柔性智能调光膜的研发和工业化最近都取得了关键进展。

图 3 智能节能窗膜

在高红外阻隔率的前提下，设计体感最舒适的空间采光并智能控制，是室内美好光环境的保障。智能节能窗膜的应用有效地减少了大面积玻璃建筑的光污染。玻璃还可作为显示器用，在商业综合建筑使用智能节能窗膜，外立面就变成一面巨大的显示器，成为广告推介等的最大面积载体。
除应用于建筑采光以外，智能节能窗膜更广泛地应用于飞机、汽车、高铁、游轮等等。

3.3 PI窗膜
PI窗膜采用6.5mil光学级聚氨酯层材料，强韧耐穿刺。民用领域主要用于高层玻璃建筑、高铁车窗等，主要功用是防爆、阻隔紫外线和红外线。
由于自身抗老化以及极高的耐腐蚀性，PI窗膜打破了国内外市场窗膜智能内贴的历史，实现了外贴且使用寿命长于内贴的技术跨越。同时，由于外贴可以迅速散去膜本身吸收的热量，避免了内贴造成的热量会释放到室内的缺点，进一步实现节能。
PI窗膜应用在要求外贴的建筑上，还应用于车体，可以有效抗划伤、具有自修复能力。

 4 功能性聚氟乙烯PVF(PVDF) 膜材

作为特种用途塑料，氟塑料具有无可比拟的优势。它具有舒适性高、装饰性强以及可以印刷的特性。PVF薄膜已经为航天航空产品制造业带来最大的设计弹性，打造更具吸引力，容易清洁和耐磨的客舱区域。还可应用于隔热或隔音垫上。与金属层压后可作为防火层、线缆标签等。在有特殊要求的建筑内，使用PVF进行表面处理，效果显著。
高层钢结构建筑的防火是极大挑战。通常做法是给钢结构的表面喷涂上一定厚度的防火材料。由于喷涂材料的阻燃系数与厚度相关，而厚度的增加又会抵消与钢材的结合强度。PVF薄膜可以提前制备好，只需在钢结构的表面通过缠绕给钢结构包裹上一层有效的防火层，同时增加了耐腐蚀性。既避免了防火材料、耐腐蚀油漆等的喷涂工序，又对环境友好。
随着智能产品的迭代，智能家居的概念越来越被推崇。给居住者带来极大的方便和舒适。同时提供健康的空气、水和清洁的能源。

 5 纳米级类皮肤仿生膜

这款膜材是由纳米级高分子聚合物涂覆而成，在干燥的空气或者膜材两面势能相等的情况下，纳米孔闭合，呈现出实心膜材的特性，没有物质可以通过。但是，在潮湿的空气中，或者膜材两面有势能差的情况下，膜材上的纳米孔会自动张开，一定极性的和小于纳米孔的物质能通过。 同时，膜材兼具亲水性和疏水性，在一定条件下，水分子可以从膜材的一侧通过到达另一侧。配合不同的配方，膜材可以实现不同的功用。特殊的分子结构还使它兼具非常强大的抗菌灭菌功能、极好的热传导性。可以说，这是一款动态的、纳米孔可以开合的膜材。基于其基本原理，作为基础材料，实现多种功用，应用在不同的领域。与智能家居相关的产品，这里介绍三种应用：
（1）新风系统部件。近几年新风系统被越来越多的家庭所采用，被动房中新风更是不可或缺，是很多家庭抵抗雾霾，呼吸健康空气的利器。如果新风中的关键部件采用此款膜材，则让新风不仅可以给室内送来源源不断的洁净空气，同时因其杰出的热传导性可以最大程度地让室内外空气的热量置换。以北京的天气为例，冬季进来的风可以达到16℃以上，夏季进入的空气也会降低到 28℃或以下。在最大效率地节约能源的同时，享受没有冷点和热点的空气置换，让人们有更舒适的体感。不仅如此，由于通过全热交换器的内外空气存在温差和湿度差，让水分子在冬季的时候进到室内，夏季排出室外，正好迎合了冬季加湿和夏季除湿的需求，而且无衰减、无能耗。加上其抗菌除菌的功能，源源不断地带来恒定的清洁无害湿度适宜的空气，且最大限度地解决了目前采用的纸质全热交换芯或者铝箔的显热交换芯寿命短、衰减和霉变问题。成为最安全、最高效、最智能的新风系统的关键部件。
（2）加湿器部件。北方大多数地区冬季非常干燥，很多家庭使用加湿器。普通的加湿器大多采用超声波雾化原理，喷出的雾化状水团容易滋生霉菌团和各类细菌，并在空气流通不好的屋角等处聚集繁殖，给人们的健康带来隐患。同时，喷出的水团还裹挟着大量的水中杂质，会在家具和地面形成白色沉淀物，造成室内PM2.5的升高。这款膜材在一定条件下是完全天然的湿度补充。给室内加湿的同时，还有除菌抑菌的功效。配合智能控制，可以得到恒定的室内湿度。
（3）净水机部件。作为净水机的关键部件，将饮水中的所有杂质全部滤掉，得到纯度极高的小分子纯净水。由于膜材不同于一般的过滤膜材，没有孔洞也就不会堵塞，从而可以得到品质纯度恒定的水质。它的优势在于，无需频繁更换滤芯，减少支出的同时，水质极端稳定。产水率极高，可以达到99%。而一般超滤滤芯净水器的产水率只有50%左右，对水资源是极大的浪费，且水质不稳定——新更换滤芯时，掺水纯度较高，在使用周期内品质一直在下降，直至更换新的滤芯。
新材料的出现是颠覆性产品出现的先决条件。这几年新材料的研发和应用转换速度和频次不断加快，值得持续关注！

作者
浙江精一新材料科技有限公司  韩霜