热转变液晶基薄膜、其制备方法及智能窗户技术

本发明专利技术涉及热转变液晶基薄膜、其制备方法及智能窗户，该薄膜包括第一结构层、活性层和第二结构层，活性层设置在第一结构层和第二结构层之间；活性层包括向列型液晶介质和二向性染料；向列型液晶介质的向列性‑各向同性转变温度在30℃至40℃之间。本发明专利技术的薄膜使用方便、成本较低，适用于建筑物节能。

【技术实现步骤摘要】
热转变液晶基薄膜、其制备方法及智能窗户
本专利技术涉及节能建筑
，具体涉及热转变液晶基薄膜、其制备方法及智能窗户。
技术介绍
在过去的几十年中，世界能源消耗持续稳定增长，对人类的社会经济政治产生了深远的影响。其中约20％的消耗用于房屋和商业建筑的供暖或降温。因此，有必要消除损耗并减少建筑物的总能耗。尽管现有的常见的窗户具有太阳热量控制涂层和隔热性，但其本质上是静态的。这意味着在动态天气模式下，静态窗户的效率会发生波动，从而导致建筑物的净能量损失。如果能够根据外界天气条件动态调节窗户的光(能量)的传输，在理想情况下无需人员协助，有望从窗户获得净能量收益。动态或“智能”窗户在近30多年来已成为研究课题。然而，这项技术尽管具有巨大的优势和商业可用性，但仍未在窗户市场上得到广泛采用。未能成功的关键原因之一是这种技术价格高昂。用于动态玻璃/窗户的最常见技术是电致变色器件(ECD)，ECD的基本结构由电解质层隔开两个EC层组成。这样的器件通常用到复杂的无机材料，这些无机材料制造工艺复杂、产量低，导致产品价格昂贵。ECD还要求在建筑结构中复杂布线，而建筑物可能并没有该布线设计,因此玻璃的安装成本高，并且对于现有建筑物的适用性差。液晶(LC)材料非常适合用于建筑物的光控制，这不仅是因为它们已成功地在显示行业中用作光调制器，而且还因为这些材料的现有基础和巨大市场，使得这项技术在经济上可行。基于LC的动态窗户技术随着液晶显示器(LCD)的成功而得到发展。但是，显示应用和窗户应用对于液晶材料的预期寿命等有不同的要求。目前也有其他基于LC的建筑用器件被使用，如聚合物分散液晶(PDLC)。但是，由于PDLC只是散射光，入射光(能量)仍通过它们，因此这些器件主要用作保护膜而不是节能玻璃。另外，市场上也有其他热致变色产品，但是它们不是基于LC的，并且不能很好地随温度控制光透射，安装后光和能量调制不足，效率差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的第一目的是提供一种能够基于表面温度而起到太阳能光阀作用的液晶基薄膜，本专利技术的液晶基薄膜的安装步骤简单，使用成本较低。本专利技术的第二目的是提供一种制备上述液晶基薄膜的的方法，该方法制备步骤简单，适合大规模生产，生产成本低。本专利技术的第三目的是提供一种能够根据温度调整光透射从而降低建筑物能耗的智能窗户。为实现本专利技术的第一目的，本专利技术提供了一种热转变液晶基薄膜，其包括第一结构层、活性层和第二结构层，活性层设置在第一结构层和第二结构层之间；活性层包括向列型液晶介质和二向性染料。向列型液晶介质的向列性-各向同性转变温度在30℃至40℃之间。由上可见，本专利技术通过两个结构层以及夹在其间的活性层，形成了一种应用灵活性高的薄膜，例如易于与现有的玻璃窗户结合以获得智能窗户。其中，活性层中的向列型液晶介质应具有适当的相序，以触发器件的亮暗转变，并在低温下保持高透光率相，具体地，向列型液晶介质在30℃至40℃之间发生向列性和各向同性转变，向列型液晶介质在高于该温度值时转变为向列性，向列型液晶介质在低于该温度值时转变为各向同性。向列性与各向同性之间的转变温度可以根据地理位置和预期安装的气候状况进行选择。该动态膜的转变机制依赖于二色性染料的两个吸收轴和经历相变后LC分子的重新取向。在向列相中，LC分子可以垂直于层面，该有序的方向被转移至客体染料，染料也变成有序排列，此时，染料处于光线吸收最少的状态，动态膜和窗户处于光亮状态。更低的温度可以使LC/染料分子更好地对齐，从而使器件在温度下降时变得更光亮。当温度升高超过转变温度时，LC向列性向各向同性转变时，LC分子将随机排列，染料也是如此，此时基于染料的二色性比，动态膜和窗户具有更高的入射光吸收率，从而导致变暗。进一步的技术方案是，所述活性层的向列性-各向同性转变的共存相温度区间小于0.5℃。由上可见，本专利技术进一步限定了共存相的温度区间范围。共存相由各向同性相中的多个向列相区域构成，或反之由向列相中的多个各向同性相区域构成，不同相之间的有效折射率不同，衍射指数不匹配会使得薄膜或窗户处于雾状或模糊状态。本专利技术进一步将共存相最小化，共存相温度区间在上述范围内时，薄膜或窗户处于非透明状态的可能性降低，进一步改善液晶薄膜在热致变色智能窗户中应用。进一步的技术方案是，活性层在比向列性-各向同性转变温度低至少10℃时的可见光透过率，与活性层在等于或高于向列性-各向同性转变温度时的可见光透过率的差别大于20％。由上可见，本专利技术进一步限定了活性层在光亮状态和变暗状态时的可见光透过率差值，扩大窗户的动态范围，从而在智能窗户应用中提高能效和减少眩光。光亮状态和变暗状态的可见光透过率差别越大，智能窗户的性能越好。例如，当活性层的向列性-各向同性转变温度转变温度为35℃时，活性层处于25℃时可见光透过率为Tvis(@25℃)，活性层处于35℃时可见光透过率为Tvis(@35℃)，两者的差值即Tvis(@25℃)–Tvis(@35℃)>20％。进一步的技术方案是，活性层经过波长小于385nm和剂量至少为500MJ/m2的紫外线曝光后，颜色变化低于在CIELab颜色坐标中Δa*和Δb*均小于或等于1.0的可察觉阈值；和/或活性层经过波长小于385nm和剂量至少为500MJ/m2的紫外线曝光后，可见光透过率变化低于ΔTvis小于或等于5％的可察觉阈值。由上可见，本专利技术进一步限定了活性层经紫外线曝光后的颜色变化和可见光透过率变化。太阳辐射中能量最强的是波长低于385nm的紫外线，其破坏性最强。建筑构件，例如窗户，其预期寿命通常大于5年，而穿入建筑构件的紫外线辐射量随位置和方向的不同而变化很大，本专利技术根据窗户的使用寿命/质保和预期位置，进一步限定了在特定紫外线曝光条件下的颜色变化和可见光透过率变化，使得智能窗户构件在使用过程中经过大量紫外线辐射后仍在可察觉范围内保持其原始颜色/色调和可见光透过率，满足了智能窗户要求。其中颜色变化应低于可察觉阈值，该颜色变化的可察觉阈值由在CIELab颜色坐标中色品指数a*的差值Δa*和色品指数b*的差值Δb*来限定，Δa*和Δb*取小于或等于1.0的数值，例如Δa*和Δb*均为1.0。可见光透过率变化应低于可察觉阈值，该可见光透过率的可察觉阈值由经紫外线曝光前后的可见光透过率差值ΔTvis限定，ΔTvis取小于或等于5％的数值。进一步的技术方案是，活性层还包括抗氧化剂和光稳定剂，向列型液晶介质、二向性染料、抗氧化剂和光稳定剂的质量比为(3至7)：(0.15至6)：(0至2)：(0至3)。由上可见，本专利技术可以根据抗光降解的需要以及所选择的染料和LC组分的稳定性，在活性层混合物中添加例如抗氧化剂和光稳定剂等添加剂。当各个组分采用上述比例时，向列型液晶介质和二向性染料能够更好地复配，使得薄膜能够更好地随温度调控光透射，提高调光效率。进一步的技术方案是，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。由上可见，本专利技术优选采受阻胺类光稳定剂，受阻胺类光稳定剂无色，无毒，成本较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热转变液晶基薄膜，其特征在于：/n包括第一结构层、活性层和第二结构层，所述活性层设置在所述第一结构层和所述第二结构层之间；/n所述活性层包括向列型液晶介质和二向性染料，所述向列型液晶介质的向列性-各向同性转变温度在30℃至40℃之间。/n

【技术特征摘要】
1.热转变液晶基薄膜，其特征在于：
包括第一结构层、活性层和第二结构层，所述活性层设置在所述第一结构层和所述第二结构层之间；
所述活性层包括向列型液晶介质和二向性染料，所述向列型液晶介质的向列性-各向同性转变温度在30℃至40℃之间。


2.根据权利要求1所述的热转变液晶基薄膜，其特征在于：
所述活性层的向列性-各向同性转变的共存相温度区间小于或等于0.5℃。


3.根据权利要求1所述的热转变液晶基薄膜，其特征在于：
所述活性层在比所述向列性-各向同性转变温度低至少10℃时的可见光透过率，与所述活性层在等于或高于所述向列性-各向同性转变温度时的可见光透过率的差别大于或等于20％。


4.根据权利要求1所述的热转变液晶基薄膜，其特征在于：
所述活性层经过波长小于385nm和剂量至少为500MJ/m2的紫外线曝光后，颜色变化低于在CIELab颜色坐标中Δa*和Δb*均小于或等于1.0的可察觉阈值；
所述活性层经过波长小于385nm和剂量至少为500MJ/m2的紫外线曝光后，可见光透过率变化低于ΔTvis小于或等于5％的可察觉阈值。


5.根据权利要求1至4任一项所述的热转变液晶基薄膜，其特征在于：
所述活性层还包括抗氧化剂和光稳定剂，所述向列型液晶介质、所述二向性染料、所述抗氧化剂和所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦尔德·伊格莱西亚斯，李政桦，白宏波，汤立文，杨洋，吴琴，陈培才，
申请(专利权)人：珠海兴业新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44