一种二氧化钒基热致变色固液复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种二氧化钒基热致变色固液复合材料及其制备方法和应用，包括含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料以及以微小液滴的形式分散于所述含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料中的液相热致变色材料，所述液相热致变色材料包含含羟基离子液体、可转变金属离子和能与所述可转变金属离子形成高吸光度配合物的高吸光度配位基。本发明专利技术将含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料与均匀分散其中的含羟基离子液体液相热致变色材料结合，实现优化二氧化钒基热致变色固液复合材料的调光性能的同时，提高材料的热稳定性和化学稳定性。

Two vanadium based thermochromic solid-liquid composite material and preparation method and application thereof

The invention relates to a two vanadium oxide thermochromic solid liquid composite material and a preparation method and application, including a solid phase organic polymer material containing two vanadium oxide particles and a liquid phase thermochromism material dispersed in a solid phase organic polymer material containing two vanadium oxide particles in the form of tiny droplets. The phase thermochromism consists of a hydroxy ionic liquid, a convertible metal ion, and a high absorbance coordination group capable of forming a high absorbance complex with the converted metal ions. The invention combines the solid phase organic polymer material containing two vanadium oxide particles and the homogeneous dispersible liquid phase thermochromism material containing hydroxy ionic liquid, so as to optimize the light regulating performance of the two vanadium oxide based thermochromic solid-liquid composite, and improve the thermal stability and chemical stability of the material.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钒基热致变色固液复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于高性能无机-有机复合材料
，特别涉及热致变色材料及其节能环保应用。
技术介绍
全球能源短缺问题日益严重，过度碳排放引起环境日益恶化，节能减排已成为当前各国的首要任务。据估计，在社会总能耗中建筑能耗占30％以上，因此，推进建筑节能是节能减排、实现可持续发展的重点措施之一。建筑能耗中很大部分用于空调，而玻璃窗作为建筑与外界进行热交换的主要通道，成为空调能源流失的主要途径。因此，使用各种类型的节能窗，能有效地降低能耗，达到节能环保的目的。现有市场节能窗主流产品为低辐射(Low-E)玻璃和热反射玻璃等，由于技术成熟，价格便宜，隔热性能良好，被广泛应用于建筑节能。但由于上述节能窗光学性能不能因季节变化和认为需求随意改变，难以适应我国大多数冬寒夏热地区的节能需求和人们对居住环境舒适程度越来越高的要求。于是，被称为“智能节能窗”的新的节能产品便应运而生。智能节能窗使用光学性能可变的致变色材料，利用其对各种物理刺激产生的透反射性能等变化，达到室内环境光热的可控调节目的。显然，智能节能窗可适应绝大部分地区和不同气候条件的需求，也使室内居住环境对人更加适宜。根据物理刺激种类与变色机理，有电致变色，气致变色，光致变色，热致变色等多个种类的智能节能窗。在各种类型的智能节能窗中，利用二氧化钒室温附近的半导体-金属可逆相变原理研制的热致变色节能窗，具有结构简单，材料用量少，完全不用开关或人工能源控制就能顺应环境温度变化而实现自动光热调控等显著优点，在各国获得重视并相继研发。其中，使用纳米二氧化钒的温控智能节能贴膜技术已率先在我国获得突破，制备出的二氧化钒基温控智能节能贴膜即将投放市场。但是，作为上述技术的主要专利技术者，同时注意到上述二氧化钒温控智能节能窗依然存在以下若干不足：(1)对日射红外波段具有较高的调节幅度，但对占日射总能量50％的可见光波段几乎不具有调节作用，其结果降低了总日射调节率；(2)由于在可见光波段不具有明显的调节作用，无法利用这种调节产生足够的视觉变化，从而无助于对顾客进行强有力的调节效果演示，对产品的宣传和推广造成决定性的不良影响；(3)对短波段可见光具有强烈的吸收效应，导致薄膜黄色发色。迄今尚无成熟技术从根本上解决上述若干问题。显而易见，上述问题的解决将意味着二氧化钒基热致变色节能窗应用技术的飞跃性突破。本专利技术人基于对热致变色材料的长期研发经验，通过反复实验，首次发现通过结合二氧化钒材料与配位基转换体热致变色材料构成一种全新的复合材料，可以使新材料的热致变色效应涵盖包括可见光和红外波段的日射全波段范围，在调节能力和舒适程度上都有了飞跃的进步，并已经申请专利201610111868.8。其中，配位基转换体热致变色(LigandExchangeThermochromic简称LETC)材料通过不同温度下可转变金属离子与不同的配位基结合，形成具有不同吸收度的配合物，从而产生热致变色效应，一般来说，在低温下，金属离子与低吸收度配位基结合形成低吸光度配合物，具有较高的透过率；在高温下，金属离子转而与高吸收度配位基结合形成高吸光度配合物，具有较低的透过率。这种温控光学变化是可逆的，主要产生于可见光波段特定波长范围。但是，所述低吸收度配位基为有机醇中包含的羟基，有机醇具有易挥发的特点，容易在生产制备和日常使用中挥发失效，从而影响复合材料的热致变色性能。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术采用离子液体替换有机醇，提供了一种高性能二氧化钒基热致变色复合材料。一方面，本专利技术提供了一种二氧化钒基热致变色固液复合材料，包括含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料以及以微小液滴的形式均匀分散于所述含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料中的液相热致变色材料，所述液相热致变色材料包含含羟基离子液体、可转变金属离子和能与所述可转变金属离子形成高吸光度配合物的高吸光度配位基。含羟基离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全有阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。含羟基离子液体具有不挥发、高耐热性以及良好的化学稳定性等优点，并且对有机物和无机物都有良好的溶解性。因此，含羟基离子液体是替代有机醇成为低吸光度配位体的首选。含羟基离子液体既作为共溶稳定剂又提供羟基作为与可转变金属离子形成低吸光度配合物的低吸光度配位基。本专利技术将含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料与均匀分散其中的含羟基离子液体液相热致变色材料结合，实现优化二氧化钒基热致变色固液复合材料的调光性能的同时，提高材料的热稳定性和化学稳定性。较佳地，所述低吸光度是指在400～1400nm波长范围内吸光度小于0.2，所述高吸光度是指在400～1400nm波长范围内吸光度为0.8以上。较佳地，所述含羟基离子液体为咪唑类含羟基离子液体、砒啶类含羟基离子液体、季铵类含羟基离子液体中的至少一种。较佳地，所述可转变金属离子为Fe(II)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)中的至少一种。较佳地，所述高吸光度配位基为氯离子、溴离子、碘离子、类卤离子中的至少一种。较佳地，所述液相热致变色材料中可转变金属离子与高吸光度配位基、含羟基离子液体的摩尔比可为1：4：(1～6)。较佳地，所述二氧化钒颗粒与固相有机聚合物材料的质量比为1:20～1:1，优选为1:15～1:3，更优选为1:10～1:5。较佳地，所述二氧化钒颗粒与液相热致变色材料中可转变金属离子的摩尔比为9:1～1:9，优选为2:1～1:6，更优选为1:1～1:4。较佳地，所述二氧化钒纳米颗粒具有外包覆层，所述外包覆层的材料优选为碳、氧化硅、氧化镁和氧化铝中的至少一种。又，较佳地，所述外包覆层的厚度范围为2～20nm。较佳地，所述二氧化钒颗粒为掺杂和/或非掺杂金红石相二氧化钒。又，较佳地，所述二氧化钒颗粒以二氧化钒纳米颗粒的形式存在，所述述二氧化钒颗粒长径比可为1:1～10:1，优选为1:1～5:1，更优选为1:1～2:1。优选地，所述二氧化钒颗粒的粒径范围为20～80nm。较佳地，所述固相有机聚合物材料为碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合物中的至少一种。较佳地，所述二氧化钒基热致变色固液复合材料的热致变色在10℃到100℃之间可逆进行。另一方面，本专利技术还提供了一种氧化钒基热致变色固液复合材料的制备方法，包括以下步骤：a.制备二氧化钒纳米粉体，并分散于分散介质中，得分散液A；b.在分散液A中加入固相有机聚合物材料，搅拌至完全溶解，得分散液B；c.在分散液B中缓慢滴加液相热致变色材料，搅拌至分散均匀，得分散液C；d.将分散液C取至基体表面，烘干，可得所述二氧化钒基热致变色固液复合材料。较佳地，所述分散介质为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、丁酮、γ-丁内酯、氯仿、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。较佳地，分散液A中二氧化钒浓度为0.01～1mol/L，优选0.05～0.5mol/L，更优选0.1～0.2mol/L；分散液B中二氧化钒与聚合物的质量比为1:20～1:1，优选为1:15～1:3，更优选为1:10～1:5；分散液C中液相热致变色材料中的可转变金属离子的浓度为0.01～5mol/L，0.1～2mol/L，更优选0.5～1mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，包括含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料以及以微小液滴的形式分散于所述含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料中的液相热致变色材料，所述液相热致变色材料包含含羟基离子液体、可转变金属离子和能与所述可转变金属离子形成高吸光度配合物的高吸光度配位基。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，包括含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料以及以微小液滴的形式分散于所述含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料中的液相热致变色材料，所述液相热致变色材料包含含羟基离子液体、可转变金属离子和能与所述可转变金属离子形成高吸光度配合物的高吸光度配位基。2.根据权利要求1所述的二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，所述含羟基离子液体为咪唑类含羟基离子液体、砒啶类含羟基离子液体、季铵类含羟基离子液体中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，所述可转变金属离子为Fe(II)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)中的至少一种，所述高吸光度配位基为氯离子、溴离子、碘离子、类卤离子中的至少一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，所述液相热致变色材料中可转变金属离子与高吸光度配位基、含羟基离子液体的摩尔比为1：4：（1～6）。5.根据权利要求1-4中任一项所述的二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，所述二氧化钒颗粒与固相有机聚合物材料的质量比为1:20～1:1，优选为1:15～1:3，更优选为1:10～1:5。6.根据权利要求1-5中任一项所述的二氧化钒基热致变色固液复合材料，其特征在于，所述二氧化钒颗粒与液相热致变色材料中可转变金属离子的摩尔比为9:1～1:9，优选为2:1～1:6，更优选为1:1～1:4。7.根据权利要求1-6中任一项所述的二氧化钒基热致...

【专利技术属性】
技术研发人员：金平实，朱婧婷，包山虎，纪士东，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31