力致变色材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及智能材料技术领域，尤其是涉及一种力致变色材料及其制备方法和应用。所述力致变色材料，包括变色层和设置于所述变色层至少一侧的回复层；所述变色层包括第一聚合物弹性体和微米颗粒，所述第一聚合物弹性体的折射率与微米颗粒的折射率的差值为0～0.05；所述回复层包括第二聚合物弹性体。本发明专利技术采用了变色层与回复层结合的双层或三层结构，其中变色层根据力学变化进行响应；回复层为纯的聚合物弹性体基体，回复性能好，有助于材料对力学变化的快速响应，可用于“智能窗口”领域，如建筑物的窗户等。本发明专利技术的力致变色材料制备方法操作简单方便，实用性强，可大规模制备。

【技术实现步骤摘要】
力致变色材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及智能材料
，尤其是涉及一种力致变色材料及其制备方法和应用。
技术介绍
能响应外界刺激而改变自身光学性质(即对光的反射、透射、吸收等性质)的材料在“智能窗口”领域具有广泛的应用前景。比如可以用于建筑物的窗户，可以根据需求来给予刺激调节室内的光线，在炎热的天气减少进入室内太阳辐射，而在寒冷的时候增加进入室内的太阳辐射，从而辅助室内温度调节，减少空调的能量消耗。也可用于大棚温室、汽车天窗以及可变太阳眼镜等多样化的场景，以满足不同时候对光线调节的需求。目前最常见的主要有四类材料，即光致变色材料、热致变色材料、电致变色材料和力致变色材料。其中前两种多为被动响应型，即根据环境光强或温度来被动改变自身的光学性质，而后两种则为主动控制型，即可根据需要来给予材料相应的电信号或机械力，从而改变材料的光学性质。可用于“智能窗口”的力致变色材料一般为聚合物弹性体，通过直接拉伸和收缩即可进行可逆的光学性质变化，与其他三类材料相比，具有结构简单、响应速度快和低成本等优点，因此被认为具有极大的应用潜力。目前已报道了多种通过构造表面褶皱、裂缝或者剪纸图案等方法制备的力致变色聚合物弹性体材料，但还缺乏一种普适型强的方法来制备易于加工且性能优异的力致变色聚合物弹性体材料。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供力致变色材料，以解决现有技术中存在的普适性差、不易加工的技术问题。本专利技术的第二目的在于提供力致变色材料的制备方法，可采用已商业化的聚合物弹性体材料为基体，加工工艺简单，实用性强，可大规模制备。本专利技术的第三目的在于提供力致变色材料在智能窗口领域中的应用。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：力致变色材料，包括变色层和设置于所述变色层至少一侧的回复层；所述变色层包括第一聚合物弹性体和所述微米颗粒，所述第一聚合物弹性体的折射率与所述微米颗粒的折射率的差值为0～0.05；所述回复层包括第二聚合物弹性体。可选的，所述力致变色材料包括所述变色层和设置于所述变色层一侧或两侧的回复层。在本专利技术的具体实施方式中，变色层中，所述第一聚合物弹性体与所述微米颗粒的折射率可相同即差值为0，也可不同且差值≤0.05，具体折射率差值可以为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05等等。其中，所述差值为折射率之差的绝对值，所述第一聚合物弹性体的折射率可大于所述微米颗粒的折射率，所述第一聚合物弹性体的折射率也可小于所述微米颗粒的折射率，所述第一聚合物弹性体的折射率也可等于所述微米颗粒的折射率。本专利技术采用了变色层与回复层结合的双层或三层结构，其中变色层为折射率相近的聚合物弹性体基体与微米颗粒的混合，原始状态透光性好，在施加外力拉伸时，微米颗粒与聚合物弹性体基体分离形成空气填充的微米级空穴，空穴与聚合物弹性体基体材料折射率差别大，可以有效的反射和散射光线，透光性变差；回复层为纯的聚合物弹性体基体，回复性能好，有助于材料对力学变化的快速响应。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一聚合物弹性体与所述第二聚合物弹性体可相同，也可不同。所述回复层的第二聚合物弹性体进一步赋予所述力致变色材料可回复性。在本专利技术一具体实施方式中，所述聚合物弹性体的聚合前驱体为液态。采用上述液体形态的聚合前驱体，方便混合加工等。在本专利技术一具体实施方式中，所述微米颗粒均匀分散于所述变色层中。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一聚合物弹性体的折射率为1.38～1.70。在本专利技术可选的具体实施方式中，所述第二聚合物弹性体的折射率为1.38～1.70。在本专利技术一具体实施方式中，所述微米颗粒的折射率为1.33～1.75。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一聚合物弹性体和/或第二聚合物弹性体包括但不限于聚硅氧烷类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体和聚丙烯酰胺类弹性体中的任一种或多种。具体实施方式中可采用的聚合物弹性体包括具有聚合物弹性体性质的、且折射率满足要求的聚合物弹性体。在本专利技术一具体实施方式中，所述微米颗粒包括但不限于有机硅颗粒、二氧化硅颗粒、聚苯乙烯颗粒和硅酸钠颗粒中的任一种。具体实施方式中可采用的微米颗粒包括具有相应粒径的、且折射率满足要求的聚合物弹性体。在实际操作中，上述微米颗粒可通过市售购买或通过现有常规方式制备，保证粒径及折射率要求即可。在本专利技术一具体实施方式中，所述变色层中，所述第一聚合物弹性体和微米颗粒的质量比为1﹕(1～0.1)。如在不同实施方式中，所述聚合物弹性体和微米颗粒的质量比可以为1﹕1、1﹕0.9、1﹕0.8、1﹕0.7、1﹕0.6、1﹕0.5、1﹕0.4、1﹕0.3、1﹕0.2、1﹕0.1等等，优选为1﹕1。在本专利技术一具体实施方式中，所述微米颗粒的直径为1～15μm。如在不同实施方式中，所述微米颗粒的直径可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm等等。在本专利技术一具体实施方式中，所述变色层与所述回复层的厚度之比为1﹕(0.1～10)，优选为1﹕(0.5～5)。当力致变色材料为三层结构时，上述变色层与回复层的厚度之比是指变色层与每个回复层单独的厚度之比。如在不同实施方式中，所述变色层与所述回复层的厚度之比可以为1﹕0.5、1﹕0.6、1﹕0.7、1﹕0.8、1﹕0.9、1﹕1、1﹕2、1﹕3、1﹕4、1﹕5等等，优选为1﹕1。在本专利技术一具体实施方式中，所述变色层的厚度为0.1～2mm。在本专利技术一具体实施方式中，所述回复层的厚度为0.1～2mm。当力致变色材料为三层结构时，上述回复层的厚度是指每个回复层单独的厚度。本专利技术还提供了上述力致变色材料的制备方法，包括如下步骤：(a)将所述第一聚合物弹性体的聚合物前驱体与微米颗粒混合均匀，聚合物固化形成变色层；(b)将所述第二聚合物弹性体的聚合物前驱体置于所述变色层的表面，聚合固化形成回复层。在回复层形成后，即可得到力致变色材料。本专利技术的制备方法，可采用已商业化的聚合物弹性体材料，并且无需特殊加工工艺，方法操作简单方便，实用性强，可大规模制备。在本专利技术一具体实施方式中，当所述力致变色材料为三层结构时，步骤(b)中，将所述第二聚合物弹性体的聚合物前驱体置于所述变色层的一侧表面，聚合固化；然后将所述第二聚合物弹性体的聚合物前驱体置于所述变色层的另一侧表面，聚合固化。或者，步骤(b)中，将所述第二聚合物弹性体的聚合物前驱体置于所述变色层的两侧表面，聚合固化。即，变色层两侧的回复层可先后分别聚合固化形成，也可同时聚合物固化形成。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一聚合物弹性体和/或所述第二聚合物弹性体的聚合物前驱体包括单体和/或预聚体。进一步的，所述第一聚合物弹性体和/或第二聚合物弹性体的聚合物前驱体还包括引发剂和交联剂。其中，单体和预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.力致变色材料，其特征在于，包括变色层和设置于所述变色层至少一侧的回复层；/n所述变色层包括第一聚合物弹性体和微米颗粒，所述第一聚合物弹性体的折射率与所述微米颗粒的折射率的差值为0～0.05；/n所述回复层包括第二聚合物弹性体；/n可选的，所述力致变色材料包括所述变色层和设置于所述变色层一侧或两侧的回复层。/n

【技术特征摘要】
1.力致变色材料，其特征在于，包括变色层和设置于所述变色层至少一侧的回复层；
所述变色层包括第一聚合物弹性体和微米颗粒，所述第一聚合物弹性体的折射率与所述微米颗粒的折射率的差值为0～0.05；
所述回复层包括第二聚合物弹性体；
可选的，所述力致变色材料包括所述变色层和设置于所述变色层一侧或两侧的回复层。


2.根据权利要求1所述的力致变色材料，其特征在于，所述第一聚合物弹性体的折射率为1.38～1.70；
优选的，所述微米颗粒的折射率为1.33～1.75。


3.根据权利要求1所述的力致变色材料，其特征在于，所述第一聚合物弹性体和/或第二聚合物弹性体包括聚硅氧烷类弹性体、聚丙烯酸酯类弹性体和聚丙烯酰胺类弹性体中的任一种或多种。


4.根据权利要求1所述的力致变色材料，其特征在于，所述微米颗粒包括有机硅颗粒、二氧化硅颗粒、聚苯乙烯颗粒和硅酸钠颗粒中的任一种；
优选的，所述微米颗粒的直径为1～15μm。


5.根据权利要求1所述的力致变色材料，其特征在于，所述变色层与所述回复层的厚度之比为1﹕(0.1～10)；
优选的，所述变色层与所述回复层的厚度之比为1﹕(0.5～5)。


6.根据权利要求1所述的力致变色材料，其特征在于，所述变色层的厚度为0.1～2mm；
优选的，所述回复层的厚度为0.1～2mm。


7.根据权利要求1-6任一项所述的力致变色材料，其特征在于，所述变色层中，所述第一聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱世平，向阳，石磊，张祺，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44