光热双响应的智能窗及其制备方法技术

本发明专利技术公开了光热双响应的智能窗及其制备方法。该智能窗包括凝胶层，凝胶层包括温敏性酰胺类单体和聚多巴胺改性的纳米纤维素形成的水凝胶，聚多巴胺与温敏性酰胺类单体的质量百分比为0.001％～0.02％。该智能窗采用具有温敏性质的酰胺类水凝胶为基底，再加入具有光热转换功能的聚多巴胺改性的纳米纤维素材料，制备形成具有光热双响应的智能窗。在光强强度较大或者室温较高时自动由透明变为不透明，将自然光进行散射，使得室内光线不会刺眼但仍然明亮，同时室内温度也能维持在人体舒适水平。而在当光强降低并且温度较低时，智能窗又能自动恢复为透明状态，使得室内温度能保持相对的稳定，具有光热双响应性。具有光热双响应性。具有光热双响应性。

【技术实现步骤摘要】
光热双响应的智能窗及其制备方法


[0001]本申请涉及智能窗
，尤其是涉及光热双响应的智能窗及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环保和节能日益受到重视，能源合理利用的呼声越来越大，节能产品的研制和开发不断取得重大进展。在这种背景下，“智能窗”的研究和应用成为一个研究热点。智能窗(Smart window)是指一种可以在外界环境刺激响应下，使窗户的透过率等光学性能发生变化，从而可以根据室内对太阳光的摄入来调节室内的采光效果和温度的装置。智能窗一般可以分为三种：光致变色型、电致变色型和热致调光型。光致变色型智能窗的原理是化合物在受到特定波长的光照时，通过特定的化学反应生成结构和光谱性能不同的产物，从而调节透光度。电致变色型智能窗通过外加电场的作用，使智能窗材料的光学性能发生连续可逆变化，并表现为智能窗的颜色和透明度发生可逆变化。而热致调光型智能窗依靠环境温度变化而改变自身对入射光线的透过或吸收特性。
[0003]目前，大多数的智能窗为液晶智能窗，但液晶材料价格昂贵、使用条件较为复杂，这使得智能窗的应用大大受限。相比较而言，水凝胶材料(如酰胺类水凝胶)成本低廉，使用条件简单，在光开关特性方面表现出很好的性能。而且柔软的水凝胶能做出曲面智能窗，这是液晶智能窗等无法做到的。因此，水凝胶基的智能窗已经成为一大发展趋势。然而，目前的水凝胶智能窗往往只能通过温度来调节透明度，在低温高光强时智能窗会失去调节能力，具有一定的使用局限性。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种具有光热双响应的智能窗及其制备方法。
[0005]本申请的第一方面，提供智能窗，该智能窗包括凝胶层，凝胶层包括温敏性酰胺类单体和聚多巴胺改性的纳米纤维素形成的水凝胶，聚多巴胺与温敏性酰胺类单体的质量百分比为0.001％～0.02％。
[0006]根据本申请实施例的智能窗，至少具有如下有益效果：
[0007]该智能窗采用具有温敏性质的酰胺类水凝胶为基底，再加入具有光热转换功能的聚多巴胺改性的纳米纤维素材料，制备形成具有光热双响应的智能窗。其中，纳米纤维素具有大长径比、水分散性好、比表面积大等优点，在水凝胶基底中作为增强剂和交联剂使用，提高智能窗的耐用性，还能有效调节智能窗的转变温度。而通过合适含量的聚多巴胺对纳米纤维素的表面改性，为智能窗带来吸收红外光的效果，从而获得光热双响应能力，能够有效屏蔽外界红外光、降低室内温度，并且在透明时处于无色状态，不会因为阻碍了光线透过窗户而影响智能窗的正常使用。可以看到，该智能窗在光强强度较大或者室温较高时自动由透明变为不透明，将自然光进行散射，使得室内光线不会刺眼但仍然明亮，同时室内温度也能维持在人体舒适水平。而在当光强降低并且温度较低时，智能窗又能自动恢复为透明
状态，使得室内温度能保持相对的稳定，具有光热双响应性。
[0008]另外，本申请所提供的智能窗具有广泛的应用领域，不仅能应用于建筑，还可以用在各种交通工具上，如汽车、高铁、飞机等。目前汽车减少光强的办法大多是通过贴防晒膜实现的，由于不能自由调控透明度，导致了光照强度低时可见光的透过率太低，可见光大部分被反射，车内昏暗，容易引起乘客出现晕车等现象的发生。而飞机玻璃目前大多数仍是使用透明玻璃，少数航空公司使用了防晒膜。当飞机升空到云层之上后，光照强度变得更强，对皮肤和眼睛的伤害更大，采样本申请所提供的智能窗可以及时保护乘客避免强光的影响。而采用加入了纳米纤维素的温敏性酰胺类水凝胶具有三维网状结构，能有较好的力学性能，能一定程度上吸收气流冲击等外界作用力，具有较好的使用可靠性和长的使用寿命。
[0009]在本申请的一些实施方式中，聚多巴胺与所述温敏性酰胺类单体的质量百分比为0.001％～0.013％。
[0010]在本申请的异丙基丙烯酰胺一些实施方式中，温敏性酰胺类单体为异丙基丙烯酰胺。
[0011]在本申请的一些实施方式中，聚多巴胺和纳米纤维素的质量比为1：(3～8)。
[0012]在本申请的一些实施方式中，纳米纤维素选自纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、细菌纤维素纳米纤维、细菌纳米纤维素中的至少一种。
[0013]在本申请的一些实施方式中，当温度达到32℃以上、1200W/m2以上光照中的至少一种发生时，智能窗变为不透明；当温度低于32℃且强光照射消失后，智能窗变为透明。
[0014]本申请的第二方面，提供智能窗的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0015]步骤1：取纳米纤维素的分散液，调节pH至8～9，与多巴胺混合反应12～48h，得到聚多巴胺改性的纳米纤维素的分散液；
[0016]步骤2：将聚多巴胺改性的纳米纤维素的分散液与温敏性酰胺类单体、引发剂、交联剂混合形成反应体系，反应后得到智能窗。
[0017]在本申请的一些实施方式中，纳米纤维素的分散液的制备方法为：将纤维素与酸液混合，水解得到纳米纤维素的分散液。
[0018]在本申请的一些实施方式中，水解纤维素所用的酸液为浓硫酸。
[0019]在本申请的一些实施方式中，反应完毕后，加入水稀释以终止反应。
[0020]在本申请的一些实施方式中，纤维素和浓硫酸的比例为(15～30)g：(150～300)mL。
[0021]在本申请的一些实施方式中，水解反应的温度为30～70℃，水解反应的时间为1～2h。
[0022]在本申请的一些实施方式中，水解得到的纳米纤维素经离心、洗涤等步骤后透析得到。
[0023]在本申请的一些实施方式中，纤维素为纸浆纤维素、微晶纤维素和细菌纤维素中的至少一种。
[0024]在本申请的一些实施方式中，纳米纤维素和多巴胺反应条件为大气环境，即在非密闭条件下使反应原料可以与空气相接触。
[0025]在本申请的一些实施方式中，引发剂选自过氧化物引发剂、偶氮类引发剂中的至少一种。过氧化物引发剂的非限制性施例包括过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧
化氢等，偶氮类引发剂的非限制性施例包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等。
[0026]在本申请的一些实施方式中，形成智能窗的方法为将反应体系转移到模具中静置反应。
[0027]在本申请的一些实施方式中，使用0.01mol/L的氢氧化钠将纳米纤维素分散液的pH调节为8.5。
[0028]在本申请的一些实施方式中，使用三羟甲基氨基甲烷作为缓冲对，维持纳米纤维素分散液在反应过程中的pH稳定在8.5。
[0029]在本申请的一些实施方式中，引发剂为过硫酸铵。
[0030]在本申请的一些实施方式中，催化剂为四甲基乙二胺。
[0031]本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0032]图1是本申请的一个实施例中的光热双响应的智能窗的结构示意图。
[0033]图2是本申请的一个实施例中的纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.智能窗，其特征在于，包括凝胶层，所述凝胶层包括温敏性酰胺类单体和聚多巴胺改性的纳米纤维素形成的水凝胶，所述聚多巴胺与所述温敏性酰胺类单体的质量百分比为0.001％～0.02％。2.根据权利要求1所述的智能窗，其特征在于，所述温敏性酰胺类单体为异丙基丙烯酰胺。3.根据权利要求1所述的智能窗，其特征在于，所述聚多巴胺和所述纳米纤维素的质量比为1：(3～8)。4.根据权利要求1至3任一项所述的智能窗，其特征在于，所述纳米纤维素选自纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、细菌纤维素纳米纤维、细菌纳米纤维素中的至少一种。5.根据权利要求1至3任一项所述的智能窗，其特征在于，当温度达到32℃以上、1200W/m2以上光照中的至少一种发生时，所述智能窗变为不透明；当温度低于32℃且强光照射消失后，所述智能窗变为透明。6.权利要求1至5任一项所述的智能窗的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振，项浩晟，石义静，钟梦秋，王娟，吉尔斯，塞贝，周国富，
申请(专利权)人：深圳市国华光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：