一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，包括玻璃基底，复合在所述玻璃基底表面的布拉格反射器结构层，和复合在所述布拉格反射器结构层表面的热致变色层；所述布拉格反射器结构层为交替层叠的二氧化钛层和二氧化硅层；所述热致变色层包括多个层叠的纳米线薄膜，所述纳米线薄膜包括同向有序排列的钨掺杂的二氧化钒纳米线。本发明专利技术实现太阳辐射动态调制的限制，夏天有效降低室内温度，冬季又能满足室内对太阳辐射能量射入的需要，维持室内温度，同时保持对可见光的高透过率，从而营造适宜居住的室内环境。本发明专利技术还提供了一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件的制备方法。户组件的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件及制备方法


[0001]本专利技术属于功能器件制备
，尤其涉及一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件及制备方法。

技术介绍

[0002]据统计，建筑能耗占发达国家总能源消耗的近一半，而供暖、通风和空调在内的建筑服务是建筑能耗的主要组成部分。在所有的建筑构件中，窗户被认为是最不节能的部分之一，热致变色智能窗户的提出为降低能源消耗提供了新的解决思路，它可以根据环境温度被动地调节自身的相变程度，实现太阳辐射的动态调制，但单独的热致变色薄膜若想维持较好的太阳光调制效率必然会在一定程度上影响可见光透过率，达不到普通建筑的标准。
[0003]因此，如何得到一种可以动态调制太阳辐射的薄膜结构，自发响应实际天气变化，夏季在降低室内温度的同时不影响室内采光，冬季又能满足一定的热量进入室内的需要，已成为本领域前沿学者亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件及制备方法，本专利技术中的热致变色窗户组件可以在保证较高的可见光透过率的同时，选择性反射太阳辐射中的近红外光部分，增强热致变色智能窗户对太阳辐射的调制能力，进一步根据环境温度实时变化，动态改变智能窗户的调制能力。
[0005]本专利技术提供一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，包括玻璃基底，复合在所述玻璃基底表面的布拉格反射器结构层，和复合在所述布拉格反射器结构层表面的热致变色层；
[0006]所述布拉格反射器结构层为交替层叠的二氧化钛层和二氧化硅层；
[0007]所述热致变色层包括多个层叠的纳米线薄膜，所述纳米线薄膜包括同向有序排列的钨掺杂的二氧化钒纳米线。
[0008]优选的，所述二氧化钛层的厚度为50～300nm；二氧化硅层的厚度为100～300nm。
[0009]优选的，所述二氧化钛层和二氧化硅层的交替层叠的周期为1～5个周期。
[0010]优选的，所述钨掺杂的二氧化钒纳米线的直径为200～300nm，长度为15～30μm。
[0011]优选的，所述钨掺杂的二氧化钒纳米线中，钨元素的质量分数为2～4％。
[0012]优选的，所述纳米线薄膜的厚度为200～300nm；热致变色层的厚度为200～1200nm。
[0013]本专利技术提供如上文所述的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件的制备方法，包括以下步骤：
[0014]A)在玻璃基底上依次交替蒸镀二氧化硅和二氧化钛，形成布拉格反射器结构层；
[0015]B)将钨掺杂的二氧化钒纳米线与双亲性溶剂和非极性溶剂混合，得到分散液；
[0016]C)在气
‑
液界面上，采用朗格缪尔
‑
布吉特方法，将所述分散液进行组装，得到多个纳米线薄膜；
[0017]D)在布拉格反射器结构层表面，将多个纳米线薄膜依次复合，得到基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件。
[0018]优选的，所述双亲性溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺，所述非极性溶剂为三氯甲烷。
[0019]优选的，所述双亲性溶剂和非极性溶剂的体积比为1：(0.75～1)。
[0020]优选的，所述分散液中钨掺杂的二氧化钒纳米线的质量浓度为0.005～0.010g/mL。
[0021]本专利技术提供了一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，包括玻璃基底，复合在所述玻璃基底表面的布拉格反射器结构层，和复合在所述布拉格反射器结构层表面的热致变色层；所述布拉格反射器结构层为交替层叠的二氧化钛层和二氧化硅层；所述热致变色层包括多个层叠的纳米线薄膜，所述纳米线薄膜包括同向有序排列的钨掺杂的二氧化钒纳米线。本专利技术以二氧化硅和二氧化钛分别作为布拉格反射器的低折射率层和高折射率层，通过调节二者的层厚和交替层数来控制反射中心波长和反射强度，使反射中心波长尽量在太阳光热辐射较强的近红外区域，且反射强度适中，以保证可见光的较高透过率，满足普通建筑的标准。同时，组装掺杂了钨元素的二氧化钒纳米线层，使二氧化钒相变温度接近夏天的窗户温度。氧化钒作为典型的热致变色材料，当环境温度低于自身的相变温度时，可见光和红外光均可以正常通过，当环境温度高于相变温度时，可见光可正常透过，红外光以反射的形式被有效阻挡，因此可以根据环境温度自发调节自身的相变程度，克服了基于布拉格反射器结构的智能窗无法针对实际天气情况，实现太阳辐射动态调制的限制，夏天有效降低室内温度，冬季又能满足室内对太阳辐射能量射入的需要，维持室内温度，同时保持对可见光的高透过率，从而营造适宜居住的室内环境。实验结果表明，采用本专利技术制备的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户器件，温度较低时，对于可见光保持了良好的窗户透明率，不影响室内的采光照明，以及正常的能量输入；而温度升高时，针对占据太阳光36％的辐射能量的780～1400nm近红外波段具有较强的反射能力，可通过温度升高引起的变色有效降低日照下的室内温度，同时对于可见光仍保持良好的窗户透明率，从而使其更符合热致变色智能窗户在实际生活中的应用。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的三个周期布拉格反射器结构截面的SEM图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的单层二氧化钒纳米线热致变色层的SEM图；
[0025]图3为本专利技术实施例1制备的布拉格反射器结构的透射光谱；
[0026]图4为本专利技术实施例1制备的钨掺杂二氧化钒纳米线相变过程中吸放热的表征；
[0027]图5为本专利技术实施例2制备的布拉格反射器结构的透射光谱；
[0028]图6为本专利技术实施例2制备的二氧化钒纳米线热致变色层的透射光谱；
[0029]图7为本专利技术实施例2制备的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户器件温度从20℃升高到50℃响应时间表征图；
[0030]图8为本专利技术实施例2制备的三个周期布拉格反射器结构截面的SEM；
[0031]图9为本专利技术实施例3制备的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户器件实物图；
[0032]图10为本专利技术实施例3制备的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户器件随着温度升高的透过率表征图；
[0033]图11为本专利技术实施例3中制备的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户器件模拟太阳光照射下腔室的温度变化图；
[0034]图12为本专利技术实施例4制备的布拉格反射器实物图；
[0035]图13为本专利技术实施例4制备的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户器件随着温度升高的透过率表征图；
[0036]图14为本专利技术实施例5制备的基于布拉格反射器结构的不同热致变色二氧化钒纳米线层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，包括玻璃基底，复合在所述玻璃基底表面的布拉格反射器结构层，和复合在所述布拉格反射器结构层表面的热致变色层；所述布拉格反射器结构层为交替层叠的二氧化钛层和二氧化硅层；所述热致变色层包括多个层叠的纳米线薄膜，所述纳米线薄膜包括同向有序排列的钨掺杂的二氧化钒纳米线。2.根据权利要求1所述的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，其特征在于，所述二氧化钛层的厚度为50～300nm；二氧化硅层的厚度为100～300nm。3.根据权利要求2所述的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，其特征在于，所述二氧化钛层和二氧化硅层的交替层叠的周期为1～5个周期。4.根据权利要求1所述的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，其特征在于，所述钨掺杂的二氧化钒纳米线的直径为200～300nm，长度为15～30μm。5.根据权利要求4所述的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，其特征在于，所述钨掺杂的二氧化钒纳米线中，钨元素的质量分数为2～4％。6.根据权利要求5所述的基于布拉格反射器结构的热致变色窗户组件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建伟，冯雪飞，盛思哲，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：