具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法。本发明专利技术柔性光子晶体材料由PET

【技术实现步骤摘要】
具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于智能响应材料
，具体涉及一种具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]光子晶体材料是一种具有周期性排列折射率的介电材料，其可对光的传播进行调控，即选择性地反射或透过特定波长的光，而被应用于多个光学材料领域，如透镜的反射涂层、波导管、反光镜、显示器等（Chemical Communications, 2018, 54, 3057
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3060）。
[0003]光子晶体的颜色可以通过改变外界的环境智能地进行颜色调控，因此，研究者们开发了一系列机械力、温度、溶剂、湿度和光响应光子晶体材料。
[0004]其中，温敏和电致变色光子晶体依据其对温度，电场响应机理不同，可以大体分为两类:第一种光子晶体的颜色改变基于布拉格公式:
휆 = 2
푛
d
푠푖푛휃
(AngewandteChemie International Edition, 2014, 53(13):3318
‑
3335)。通过温度变化可以改变光子晶体的晶格间距(d)，从而调控光子晶体所反射的颜色(Science, 1996,274,959
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963)。同样地，通过外加电场也可以改变晶格间距，得到不同结构色的光子晶体（Advanced functional materials, 2017, 28(43):1804628
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1804628）；另一种光子晶体颜色变化是基于色素色的改变，通过一系列温敏，电场响应变色材料与光子晶体复合得到响应性光子晶体膜(Small, 2020, 16(34):2002319)。
[0005]目前尚无报道同时具有温度、电场响应的光子晶体膜。同时现有的温敏光子晶体，还存在着制备方法复杂，难以大面积制备等缺点。综上，本领域急需开发一种低成本、柔性、大面积并同时具有温敏和电致变色的光子晶体材料，该材料可以用于制备下一代智能窗。该智能窗可以对环境温度进行响应，在不同温度下展示不同颜色，作为室内情绪调节器；同时施加外加电压后，智能窗的透射率发生下降，透明度降低，为室内人员提供隐私。

技术实现思路

[0006]针对目前温度和电压响应光子晶体材料领域的现存技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种对环境温度快速响应、施加电压后能够快速变色，降低透射率的新一代智能窗材料
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具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法。
[0007]本专利技术提供的具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料，是由三层薄膜材料组成的复合材料，这三层薄膜材料依次为聚对苯二甲酸乙二醇酯
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氧化铟锡(PET
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ITO)薄膜层、温敏/电压多响应光子晶薄膜层和聚对苯二甲酸乙二醇酯
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氧化铟锡薄膜层；其中:所述温敏/电压多响应光子晶体薄膜层，是将温敏微胶囊、电致变色材料和分散介质与聚合物微球共混得到高粘度浆糊状固体，通过对高粘度浆糊状固体实施剪切诱导规整加工技术使聚合物微球和温敏微胶囊规整排列，从而形成三维蛋白石光子晶体结构，其中电致变色材料均匀分散其中。可以通过调整聚合物微球构筑单元的粒径和混合不同颜色变化的温敏微胶囊，电致变色材料产生不同的色素色和结构色的叠加效应，从而使温敏、电压
多响应变色光子晶体薄膜在不同温度、电压下具有不同的颜色和亮度变化效果。
[0008]本专利技术中，所述聚合物微球是一种硬核软壳微球，包括具有高玻璃化转变温度的交联硬核层、具有低玻璃化转变温度的软壳层以及连接核层和壳层的中间层；该层级结构微球通过逐步乳液聚合的方法制备得到。这里，所述高玻璃化转变温度、低玻璃化转变温度，是两者相对而言的。
[0009]本专利技术中，所述的用于构筑光子晶体的硬核软壳聚合物微球，其中，硬核层由苯乙烯和 1 ,4
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丁二醇二丙烯酸酯单体共聚而成；壳层由丙烯酸酯类单体共聚而成；其中，共聚单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸
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乙基乙酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或几种；壳层和硬核层由中间层连接，中间层材料由丙烯酸酯类单体和交联剂共聚而成，其中，丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯中的一种或几种，交联剂为二乙烯基苯、丙烯酸丁酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6
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己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1 ,4
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丁二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。
[0010]本专利技术中，所述聚合物微球的粒径为 20纳米~600纳米；每一合成阶段的聚合物微球的单分散性应在 0%~5%之间，优选为0.5%~5%之间。
[0011]本专利技术中，为了获得优异的光学性质，聚合物纳米微球的粒径为 20纳米~600纳米；优选地，平均粒径为50纳米~400纳米；更加优选地，平均粒径为 100 纳米~300纳米。
[0012]本专利技术中，所述温敏微胶囊是一类对温度具有良好响应性的物质，颜色变化包括：白色—红色、白色—绿色、白色—黄色等。
[0013]本专利技术中，所述温敏微胶囊颜料粒子的粒径在 0.1 微米~100 微米之间；优选地，温敏微胶囊颜料粒子的粒径在 0.5 微米~50 微米之间；更加优选地，粒子的粒径在 0.5 微米~30 微米之间。
[0014]本专利技术中，所述温敏微胶囊颜料优选由三聚氰胺甲醛树脂、溶剂以及相应温致变色有机分子组成的复合物。其中，所述温致变色分子为螺吡喃类、螺噁嗪类、苯并吡喃类、俘精酸酐类的一种或几种。
[0015]本专利技术中，所述电致变色材料是一类对电压具有良好响应性的物质，颜色变化包括：无色—红色、无色—黄色、无色—绿色、无色—紫色、无色
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蓝色。
[0016]本专利技术中，所述电致变色材料为WO3、NiO、 IrO2、 MnO2、Co3O4、普鲁士蓝、紫精类衍生物的一种或几种。
[0017]本专利技术中，所述温敏微胶囊颜料的量为聚合物微球固体质量的 0.01%~70%；优选地，文明微胶囊颜料的量为聚合物微球固体质量的 0.1%~50%；更加优选地，温敏微胶囊颜料的量为聚合物微球固体质量的 5%~15%。
[0018]本专利技术中，所述电致变色材料的量为聚合物微球固体质量的 0.01%~20%；优选地，电致变色材料的量为聚合物微球固体质量的 0.1%~10%；更加优选地，电致变色材料的量为聚合物微球固体质量的 0.1%~5%。
[0019]本专利技术中，所述电致变色材料的驱动电压为0.1 V~100 V；优选地，驱动电压为0.5 V~50 V；更加优选地，驱动电压为1 V~1.5 V。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料，其特征在于，是由三层薄膜材料组成的复合材料，这三层薄膜材料依次为聚对苯二甲酸乙二醇酯
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氧化铟锡薄膜层、温敏/电压多响应光子晶薄膜层和聚对苯二甲酸乙二醇酯
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氧化铟锡薄膜层；其中:所述温敏/电压多响应光子晶体薄膜层，是将温敏微胶囊、电致变色材料和分散介质与聚合物微球共混得到的高粘度浆糊状固体，通过对高粘度浆糊状固体实施剪切诱导规整加工技术使聚合物微球和温敏微胶囊规整排列，从而形成三维蛋白石光子晶体结构；其中电致变色材料均匀分散其中；通过调整聚合物微球构筑单元的粒径和混合不同颜色变化的温敏微胶囊，电致变色材料产生不同的色素色和结构色的叠加效应，从而使温敏、电压多响应变色光子晶体薄膜在不同温度、电压下具有不同的颜色和亮度变化效果。2.根据权利要求1所述的柔性光子晶体材料，其特征在于，所述聚合物微球是一种硬核软壳微球，包括具有高玻璃化转变温度的交联硬核层、具有低玻璃化转变温度的软壳层以及连接核层和壳层的中间层；该层级结构微球通过逐步乳液聚合的方法制备得到。3.根据权利要求2所述的柔性光子晶体材料，其特征在于，所述的用于构筑光子晶体的硬核软壳聚合物微球，硬核层由苯乙烯和 1 ,4
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丁二醇二丙烯酸酯单体共聚而成；壳层由丙烯酸酯类单体共聚而成；其中，共聚单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸
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乙基乙酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或几种；壳层和硬核层由中间层连接，中间层材料由丙烯酸酯类单体和交联剂共聚而成；其中，丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯中的一种或几种，交联剂为二乙烯基苯、丙烯酸丁酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6
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己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1 ,4
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丁二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的柔性光子晶体材料，其特征在于，所述聚合物微球的粒径为 20纳米~600纳米；每一合成阶段的聚合物微球的单分散性应在 0.5%~5%之间。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪长春，黄翰闻，
申请(专利权)人：中山复旦联合创新中心复旦大学，
类型：发明
国别省市：