多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗技术

本发明专利技术涉及一种多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗，具体为：制备两个复合板并将二者间距排列形成空腔，在空腔内填充胶体粒子分散液后密封得到多状态智能窗；将多块多状态智能窗拼接即得多图案智能窗。多状态智能窗包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层，绝缘微结构层位于电极层I和/或电极层II与分散液层之间，分散液中分散有胶体粒子，胶体粒子具有电响应特性，多状态智能窗的色彩和透光性随着工作电极间电势差的变化而变化，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。本发明专利技术方法操作简单，制得的多状态智能窗和多图案智能窗可调色彩丰富且色彩与透光性皆可调节，有极好的推广价值。

Multi state intelligent window, its preparation method and multi pattern intelligent window made therefrom

The invention relates to a multi-state intelligent window, a preparation method and a multi-pattern intelligent window made of the multi-state intelligent window, which are as follows: two composite plates are prepared and arranged to form a cavity, and the multi-state intelligent window is sealed after filling the cavity with colloidal particle dispersion liquid; multi-pattern intelligent window is obtained by splicing multi-state intelligent windows. Window. The multi-state smart window includes electrode layer I, electrode layer II, dispersed liquid layer and insulated micro-structure layer. The insulated micro-structure layer is located between electrode layer I and/or electrode layer II and dispersed liquid layer. Colloidal particles are dispersed in the dispersed liquid. Colloidal particles have electrical response characteristics. The color and transmittance of the multi-state smart window vary with the electricity between working electrodes. The pattern of multi-pattern smart windows varies with the change of color and transmittance of each multi-state smart window. The method of the invention has the advantages of simple operation, adjustable multi-state intelligent window and multi-pattern intelligent window, rich color and adjustable color and light transmittance, and has excellent popularization value.

【技术实现步骤摘要】
多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗
本专利技术属于智能玻璃领域，涉及一种多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗。
技术介绍
智能窗是指可以通过光、热和电等外部因素调控透光性和色彩的窗户。随着绿色环保节能的观念深入人心，智能家居和智能建筑越来越引起人们的广泛关注，智能窗也受到人们的普遍重视，逐步进入生活与工业领域。智能窗的应用范围十分广泛，它不仅可以应用于建筑和交通工具(如飞机、高铁、汽车等)等领域的调光玻璃上，同时在媒介立面显示领域也有着广泛的研究前景，因此受到国内外的广泛关注，广大学者对其进行了更加深入而细致的研究。但是目前的智能窗还存在着很多不足，智能窗的显示效果十分有限，广泛存在色彩种类单一，难以实现多色彩的显示，此外无法实现全遮光效果，并且无法实现透光性与多色彩的共同调节的现象。比如目前透光性可调节的代表—聚合物分散液晶(PDLC)，当对其施加外电场时，可呈现透明或者半透明状态，当撤去外加电场，液晶分子随机分布，呈现不透明状态，其不可实现全遮光，且无色彩。同时，当前智能窗的变色效果也不是很理想，目前常见的三氧化钨电致变色材料，随着外加电场的改变，其颜色只能实现从蓝黑色到淡蓝色之间的调节；聚苯胺电致变色器件，仅能实现无色、绿色、蓝色和紫色之间的调节。总之，当前常见的电致变色材料普遍存在色彩单一、透光性调节效果有限等问题，且难以实现透光性与色彩同时可调的缺点。随着人们对于智能窗应用领域的拓宽和应用要求的提高，发展色彩种类丰富，全遮光性可实现，实现色彩与透光性均可调节的智能窗迫在眉睫。因此，开发一种可调色彩丰富、可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能的智能窗极具现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术智能窗色彩单一、透光性调节效果有限且难以实现透光性与色彩同时可调的缺陷，提供一种可调色彩丰富、可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能的一种多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗。本专利技术的多状态智能窗可通过控制两电极的电场强度和电场方向从而使分散于智能窗的分散液中的胶体粒子按照一定规律自组装成反射不同波长光波的微结构，从而实现连续的、可见光范围全覆盖的色彩调节，同时由于微结构的存在，当施加的电场强度极大，可实现局部区域电场调控，诱导分散液中的胶体粒子在局部区域紧密堆积，其余区域没有或极少存在胶体粒子，实现透光性的转变。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：多状态智能窗，具有复合层结构，所述复合层包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层；所述电极层I和电极层II整体透明且由绝缘基底层和导电层构成，所述分散液层位于电极层I和电极层II的导电层之间，所述绝缘微结构层位于电极层I和/或电极层II与分散液层之间，所述分散液中分散有胶体粒子，所述胶体粒子具有电响应特性；所述多状态智能窗的色彩和透光性随着电极层I和电极层II之间的电势差的变化而变化。本专利技术的多状态智能窗可调色彩丰富且可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能，其色彩和透光性改变的原理图如图1所示，通过施加给第一电极和第二电极间较小的电势差，会使得初始由于胶体粒子分散液浓度极低而显示透明无色的智能窗，因胶体粒子密集排列程度增加，间隔距离减小，使得反射光的波长发生连续的变化，实现可见光范围全覆盖的色彩显示，并且随着外加电压的进一步增大，局部电场诱导胶体粒子在某一区域紧密排列，智能窗重新显示为透明状态。本专利技术的多状态智能窗的色彩变化光谱图如图2所示，采用不同粒径或者不同浓度的粒子，其反射光本身存在差异，当外加电场调节，施加0～3V的外加电场(电流方向可变)，实现反射光波长的移动，色彩显示明显差异。本专利技术的多状态智能窗的透光性改变光谱图如图3所示，当不施加外加电场时，粒子无序排列，显示全黑，当施加较大的外加电场，比如5V的外加电场，透射率大幅度的增加，当施加10V及以上的电压时，粒子有序排列，实现全透光性。作为优选的技术方案：如上所述的多状态智能窗，所述胶体粒子为经过表面修饰的无机粒子或有机粒子，其粒径为50～200nm，进一步优选为80～150nm，粒径分布的单分散系数小于等于10％，进一步优选小于5％；所述分散液中胶体粒子的质量分数为1～40％，进一步优选质量分数为5％-20％，所述分散液为碳酸丙烯酯、丙酮、甲苯、二甲苯、四氯乙烯和环己烷中的一种以上。胶体粒子的表面修饰方法为外加电荷控制剂，使颗粒带电，常用的电荷控制剂主要有有机硫酸盐或磺酸盐、金属皂、有机酰胺、有机磷酸盐或磷酸酯，还可以是聚合物和嵌段或接枝共聚物及它们的单体。如上所述的多状态智能窗，所述无机粒子为二氧化硅粒子(SiO2粒子)或者为表面包覆或未包覆一层二氧化硅的其他粒子，所述其他粒子为四氧化三铁粒子(Fe3O4粒子)、氧化钛粒子(TiO2粒子)、氧化铜粒子(CuO粒子)或氧化锌粒子(ZnO粒子)；所述有机粒子为聚苯乙烯粒子(PS粒子)、聚甲基丙烯酸甲酯粒子(PMMA粒子)、氧化锆包覆聚苯乙烯粒子(PS@ZrO2粒子)、二氧化钛包覆聚苯乙烯粒子(PS@TiO2粒子)、聚吡咯包覆聚苯乙烯粒子(PS@Ppy粒子)或聚吡咯包覆二氧化硅粒子(SiO2@Ppy粒子)。如上所述的多状态智能窗，所述绝缘微结构的材质为聚合物或无机材料；所述绝缘微结构为柱状结构或条纹结构；所述绝缘微结构等距排列，高度为1～50μm，宽度为1～100μm，排列的间距为宽度的0.5～10倍。如上所述的多状态智能窗，所述聚合物为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂；所述无机材料为二氧化硅或氧化锆；所述柱状结构为方形立柱、圆柱形立柱、圆锥形立柱或金字塔形立柱；所述条纹结构为方形条纹或棱锥条纹。如上所述的多状态智能窗，包括色彩和透光性控制电路，所述色彩和透光性控制电路分别与电极层I和电极层II的导电层连接；所述绝缘基底层的材质为玻璃、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜树脂(PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；所述导电层的材质为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、碳纳米管或石墨烯。本专利技术的智能窗在通电后，使分散液中的胶体粒子按照一定规律自组装成为具有色彩的微形结构，通过调节电压大小，实现调节胶体粒子排布的紧密程度，从而改变光子晶体反射光的波长，使得窗体颜色出现连续的转变，实现可见光全覆盖色彩转变效果。本专利技术对透光性的调节是基于以下原理：当电压极小时，胶体粒子十分杂乱无序，可以实现全遮光状态；当施加较大的外加电压，由于绝缘微结构的存在，可实现局部区域电场调控，诱导分散液中的胶体粒子在局部区域紧密有序排列，在其他区域极少甚至没有胶体粒子的存在，从而实现透光性的转变。当施加电压较小(0～3V)，随着电压的改变可以实现反射波长的连续性变化，实现可见光全覆盖的色彩转变效果；当施加电压较大(5～40V)，胶体粒子在局部区域高度有序密集排列，其他区域没有或极少存在胶体粒子，实现透光性的调节。本专利技术还提供制备如上所述的多状态智能窗的方法，制备两个复合板并将二者间距排列形成空腔，在空腔内填充胶体粒子分散液后密封得到多状态智能窗；所述两个复合板包括绝缘基底层和导电层，其中一个或两个复合板还包括与导电层连接的绝缘微结构层；所述间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多状态智能窗，其特征是：具有复合层结构，所述复合层包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层；所述电极层I和电极层II整体透明且由绝缘基底层和导电层构成，所述分散液层位于电极层I和电极层II的导电层之间，所述绝缘微结构层位于电极层I和/或电极层II与分散液层之间，所述分散液中分散有胶体粒子，所述胶体粒子具有电响应特性；所述多状态智能窗的色彩和透光性随着电极层I和电极层II之间的电势差的变化而变化。

【技术特征摘要】
1.多状态智能窗，其特征是：具有复合层结构，所述复合层包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层；所述电极层I和电极层II整体透明且由绝缘基底层和导电层构成，所述分散液层位于电极层I和电极层II的导电层之间，所述绝缘微结构层位于电极层I和/或电极层II与分散液层之间，所述分散液中分散有胶体粒子，所述胶体粒子具有电响应特性；所述多状态智能窗的色彩和透光性随着电极层I和电极层II之间的电势差的变化而变化。2.根据权利要求1所述的多状态智能窗，其特征在于，所述胶体粒子为经过表面修饰的无机粒子或有机粒子，其粒径为50～200nm，粒径分布的单分散系数小于等于10％；所述分散液中胶体粒子的质量分数为1～40％，所述分散液为碳酸丙烯酯、丙酮、甲苯、二甲苯、四氯乙烯和环己烷中的一种以上。3.根据权利要求2所述的多状态智能窗，其特征在于，所述无机粒子为二氧化硅粒子或者为表面包覆或未包覆一层二氧化硅的其他粒子，所述其他粒子为四氧化三铁粒子、氧化钛粒子、氧化铜粒子或氧化锌粒子；所述有机粒子为聚苯乙烯粒子、聚甲基丙烯酸甲酯粒子、氧化锆包覆聚苯乙烯粒子、二氧化钛包覆聚苯乙烯粒子、聚吡咯包覆聚苯乙烯粒子或聚吡咯包覆二氧化硅粒子。4.根据权利要求1所述的多状态智能窗，其特征在于，所述绝缘微结构的材质为聚合物或无机材料；所述绝缘微结构为柱状结构或条纹结构；所述绝缘微结构等距排列，高度为1～50μm，宽度为1～100μm，排列的间距为宽度的0.5～10倍。5.根据权利要求4所述的多状态智能窗，其特征在于，所述聚合物为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂；所述无机材料为二氧化硅或氧化锆；所述柱状结构为方形立柱、圆柱形立柱、圆锥形立柱或金字塔形立柱；所述条纹结构为方形条纹或棱锥条纹。...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛邓腾，杨丽丽，刘洋，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31