一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电光材料的技术领域，具体涉及一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用。本发明专利技术首次将金属有机框架引入到智能调光玻璃，可使智能调光玻璃同时具有电光响应和光限幅效果。本发明专利技术采用液相外延生长法在PET‑ITO薄膜的导电层生长金属卟啉框架薄膜。该方法能够在制备过程中精确地控制金属有机框架薄膜的厚度和面积；该方法操作简单、效率高，合成速度快、绿色环保、成本低。本发明专利技术制备的智能调光玻璃结合了电光响应和光限幅的特征，本发明专利技术的智能调光玻璃能够作为电控调光玻璃以及光限幅材料，不仅可以应用于隐私保护领域，还可以进一步应用于强光防护领域。

【技术实现步骤摘要】
一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用
本专利技术属于电光材料的
，具体涉及一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用。
技术介绍
聚合物分散液晶，简称PDLC，是一种新型的电光薄膜材料，通过聚合反应，将液晶微粒均匀的分散在聚合物层中，然后将PDLC层夹在两个导电层(如导电玻璃，导电塑料膜等)之间，对两个导电层施加一定的电压，液晶微滴的光轴取向会沿着平行于电场方向分布，液滴的寻常折射率和聚合物的折射率达到基本匹配，入射光线可以通过PDLC膜，此时PDLC膜呈现透明效果。当断电以后，液晶分子的光轴是随机取向的无序状态，它的折射率不与聚合物的折射率相匹配，入射光线发生强烈的散射现象，薄膜呈不透明或半透明状，具有此种电光响应的PDLC器件又叫做智能调光玻璃，可应用于办公，卧室，酒店，博物馆，银行以及商场等区域的安全隐私保护。然而随着PDLC薄膜使用的逐渐广泛，人们的需求不断增加。目前PDLC智能调光玻璃的附加功能还比较有限，尤其是制备同时具有电光响应和其他光学功能的智能调光玻璃还有待开发。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用。本专利技术在现有的智能调光玻璃的至少一个导电层的内侧表面上组装了一层金属有机框架薄膜，使得所述智能调光玻璃既能保留较好的电光响应，还具有光限幅功能，因此该智能调光玻璃，不仅可以用于常规的需要安全隐私保护的领域，还可以用于激光防护。本领域技术人员已知的，自激光技术诞生以来，激光被广泛的应用于军事，医学，通讯和工业等领域，极大的推动了科学的发展，促进了社会的进步，但是与此同时，高强度的激光也会对人眼以及一些光学器件造成伤害。虽然目前已经有许多关于激光防护技术的研究，但将激光防护与目前的智能调光玻璃结合在一起，目前为止还没有这样的报道。本文首次研发出了一种上述的智能调光玻璃，不仅具有优异的电光响应性能，而且具有光限幅功能，完全可以将其应用于激光防护中，同时解决了两方面的需求，极具应用前景。本专利技术还提供了一种制备上述智能调光玻璃的方法，其是采用液相外延生长法将金属有机框架薄膜组装在现有的智能调光玻璃的至少一个导电层的内侧表面上，再采用热引发相分离法制备得到本文的智能调光玻璃。该方法能够在所述导电层表面制备一层均匀致密的金属有机框架薄膜，简单、高效。本专利技术采用的技术方案如下：一种智能调光玻璃，所述玻璃包括两层导电层和夹在二者中间的聚合物分散液晶薄膜(PDLC薄膜)，其中，至少一层导电层的内侧表面组装有一层金属有机框架薄膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述智能调光玻璃的两层导电层的内侧表面分别组装有一层金属有机框架薄膜；即上述智能调光玻璃包括两层金属有机框架薄膜修饰的导电层和夹在二者中间的PDLC薄膜。其中，所述金属有机框架薄膜的主要成分为金属离子与有机配体形成的配位聚合物。其中，所述金属有机框架薄膜中的有机配体选自无取代或任选被一个或多个R1取代的下列化合物：卟啉分子、酞菁分子、富勒烯分子；其中，R1选自无取代或任选被一个或多个Rs取代的下列基团：芳基、酸基、氨基、羟基、烷基；所述Rs选自羟基、酸基、芳基、氨基、烷基。其中，所述芳基选自具有一价芳香性或部分芳香性的单环、双环或三环烃环，例如苯基、萘基、蒽基、吡啶基；所述酸基选自羧基、磷酸基或磺酸基。作为实例，所述有机配体可以选自卟啉或R1取代的卟啉、酞菁或R1取代的酞菁、富勒烯或R1取代的富勒烯，例如选自卟啉、四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)、四(4-羟基苯基)卟啉、四(4-吡啶基苯基)卟啉、四(4-磷酸基苯基)卟啉、四(4-磺酸基苯基)卟啉、氨基酞菁、羧酸基酞菁、富勒烯羧酸。其中，所述金属有机框架薄膜中的金属离子(M)选自Mg2+、Ca2+、Co2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Co3+、Al3+、Fe3+、Ni3+、Mn3+、Cr3+等中的一种、两种或更多种。具体地，所述金属有机框架薄膜的主要成分为M-卟啉、M-四(4-羧基苯基)卟啉(M-TCPP)、M-四(4-羟基苯基)卟啉、M-四(4-吡啶基苯基)卟啉、M-四(4-磷酸基苯基)卟啉、M-四(4-磺酸基苯基)卟啉、M-氨基酞菁、M-羧酸基酞菁、M-富勒烯羧酸等中的一种、两种或更多种；例如为M-TCPP，具体例如Mg-TCPP、Ca-TCPP、Co-TCPP、Fe-TCPP、Zn-TCPP、Mn-TCPP、Ni-TCPP、Cd-TCPP、Cu-TCPP、Cr-TCPP、Al-TCPP等中的一种、两种或更多种。其中，所述导电层选自导电玻璃或导电塑料膜。所述导电玻璃例如可以是ITO、FTO；所述导电塑料膜例如选自PET-ITO薄膜、PET-FTO薄膜。本专利技术还提供上述智能调光玻璃的制备方法，所述制备方法包括：将金属有机框架薄膜组装在至少一个导电层的内侧表面上，然后在两个导电层之间引入聚合物分散液晶薄膜，制备得到上述智能调光玻璃。优选地，所述制备方法包括：将金属有机框架薄膜分别组装在两个导电层的内侧表面上的步骤。具体地，所述智能调光玻璃的制备方法包括以下步骤：1)制备金属有机框架薄膜修饰的导电层，即将金属有机框架薄膜组装在导电层的内侧表面上；2)重复步骤1)，制备另一层金属有机框架薄膜修饰的导电层，即将金属有机框架薄膜组装在另一导电层的内侧表面上；3)制备聚合物分散液晶薄膜(PDLC薄膜)或准备制备PDLC薄膜的原料混合体系；4)将步骤1)得到的导电层、步骤3)得到的PDLC薄膜或原料混合体系、步骤2)得到的导电层进行组装，任选地进行加热，得到包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃。其中，所述PDLC薄膜是以高分子、液晶分子和固化剂通过热引发相分离法形成的聚合物分散液晶薄膜。其中，所述智能调光玻璃的制备方法可以具体为：S1、配制金属离子M的溶液、有机配体的溶液；S2、导电层进行预处理；S3、将金属离子M的溶液和有机配体的溶液组装在预处理过的导电层表面，从而得到组装金属有机框架薄膜的第一导电层；S4、重复步骤S3，制备组装金属有机框架薄膜的第二导电层；S5、称取高分子、液晶分子和固化剂，通过水浴搅拌加热一定的时间，使其混合均匀；S6、称取一定量的S5得到的混合物，旋涂到S3中的第一导电层上，再覆盖一层S4中的第二导电层，从而组装成一个多层薄膜；S7、将S6得到的多层薄膜置于烘箱中加热一定时间后取出，冷却，得到所述的智能调光玻璃。步骤S1中，所述金属离子M的溶液、有机配体的溶液中的溶剂可以相同或不同，彼此独立地选自水、醇类溶剂、酰胺类溶剂，例如水、甲醇、乙醇、DMF等。步骤S1中，含金属离子M的化合物选自M(CH3COO)2、MSO4、M(NO3)2、MCl2、M(CH3COO)3、M2(SO4)3、M(NO3)3、MCl3等中的一种、两种或更多种。步骤S1中，所述金属离子M的溶液的浓度、有机配体的溶液的浓度可以相同或不同，彼此独立地选自0.01至1000mmol/L，优选为0.01至10mmol/L，例如金属离子M的溶液的浓度为1mmol/L，有机配体的溶液的浓度为0.5mmol/L。步骤S2中，所述导电层选自导电玻璃或导电塑料膜。所述导电玻璃例如可以是ITO、FTO玻璃；所述导电塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能调光玻璃，其特征在于，所述玻璃包括两层导电层和夹在二者中间的聚合物分散液晶薄膜(PDLC薄膜)，其中，至少一层导电层的内侧表面组装有一层金属有机框架薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种智能调光玻璃，其特征在于，所述玻璃包括两层导电层和夹在二者中间的聚合物分散液晶薄膜(PDLC薄膜)，其中，至少一层导电层的内侧表面组装有一层金属有机框架薄膜。2.根据权利要求1所述的智能调光玻璃，其特征在于，所述智能调光玻璃的两层导电层的内侧表面分别组装有一层金属有机框架薄膜；即智能调光玻璃包括两层金属有机框架薄膜修饰的导电层和夹在二者中间的PDLC薄膜；优选地，所述金属有机框架薄膜的主要成分为金属离子与有机配体形成的配位聚合物；其中，所述有机配体选自无取代或任选被一个或多个R1取代的下列化合物：卟啉分子、酞菁分子、富勒烯分子；其中，R1选自无取代或任选被一个或多个Rs取代的下列基团：芳基、酸基、氨基、羟基、烷基；所述Rs选自羟基、酸基、芳基、氨基、烷基；优选地，所述芳基选自具有一价芳香性或部分芳香性的单环、双环或三环烃环，例如苯基、萘基、蒽基、吡啶基；所述酸基选自羧基、磷酸基或磺酸基；优选地，所述有机配体选自卟啉或R1取代的卟啉、酞菁或R1取代的酞菁、富勒烯或R1取代的富勒烯，例如选自卟啉、四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)、四(4-羟基苯基)卟啉、四(4-吡啶基苯基)卟啉、四(4-磷酸基苯基)卟啉、四(4-磺酸基苯基)卟啉、氨基酞菁、羧酸基酞菁、富勒烯羧酸；优选地，所述金属离子(M)选自Mg2+、Ca2+、Co2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Co3+、Al3+、Fe3+、Ni3+、Mn3+、Cr3+中的一种、两种或更多种；优选地，所述金属有机框架薄膜的主要成分为M-卟啉、M-四(4-羧基苯基)卟啉(M-TCPP)、M-四(4-羟基苯基)卟啉、M-四(4-吡啶基苯基)卟啉、M-四(4-磷酸基苯基)卟啉、M-四(4-磺酸基苯基)卟啉、M-氨基酞菁、M-羧酸基酞菁、M-富勒烯羧酸中的一种、两种或更多种；优选为M-TCPP，例如Mg-TCPP、Ca-TCPP、Co-TCPP、Fe-TCPP、Zn-TCPP、Mn-TCPP、Ni-TCPP、Cd-TCPP、Cu-TCPP、Cr-TCPP、Al-TCPP中的一种、两种或更多种；优选地，所述导电层选自导电玻璃或导电塑料膜；所述导电玻璃选自ITO或FTO；所述导电塑料膜例如选自PET-ITO薄膜或PET-FTO薄膜。3.权利要求1或2所述智能调光玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将金属有机框架薄膜组装在至少一个导电层的内侧表面上，然后在两个导电层之间引入聚合物分散液晶薄膜，得到智能调光玻璃。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将金属有机框架薄膜分别组装在两个导电层的内侧表面上的步骤；优选地，所述制备方法包括以下步骤：1)制备金属有机框架薄膜修饰的导电层，即将金属有机框架薄膜组装在导电层的内侧表面上；2)重复步骤1)，制备另一层金属有机框架薄膜修饰的导电层，即将金属有机框架薄膜组装在另一导电层的内侧表面上；3)制备聚合物分散液晶薄膜(PDLC薄膜)或准备制备PDLC薄膜的原料混合体系；4)将步骤1)得到的导电层、步骤3)得到的PDLC薄膜或原料混合体系、步骤2)得到的导电层进行组装，任选地进行加热，得到包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃；优选地，所述PDLC薄膜是以高分子、液晶分子和固化剂通过热引发相分离法形成的聚合物分散液晶薄膜。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：S1、配制金属离子M的溶液、有机配体的溶液；S2、导电层进行预处理；S3、将金属离子M的溶液和有机配体的溶液组装在预处理过的导电层表面，从而得到组装金属有机框架薄膜的第一导电层；S4、重复步骤S3，制备组装金属有机框架薄膜的第二导电层；S5、称取高分子、液晶分子和固化剂，通过水浴搅拌加热一定的时间，使其混合均匀；S6、称取一定量的S5得到的混合物，旋涂到S3中的第一导电层上，再覆盖一层S4中的第二导电层，从而组装成一个多层薄膜；S7、将S6得到的多层薄膜置于烘箱中加热一定时间后取出，冷却，得到所述的智能调光玻璃。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述金属离子M的溶液、有机配体的溶液中的溶剂相同或不同，彼此独立地选自水、醇类溶剂、酰胺类溶剂，例如水、甲醇、乙醇、DMF；步骤S1中，含金属离子M的化合物选自M(CH3COO)2、MSO4、M(NO3)2、MCl2、M(CH3COO)3、M2(SO4)3、M(NO3)3、MCl3中的一种、两种或更多种；步骤S1中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷志刚，雷松，康遥，张健，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35