一种碳纳米管－聚氨酯复合调光薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管－聚氨酯复合调光薄膜及其制备方法。该复合调光薄膜以碳纳米管自支撑薄膜和形状记忆聚氨酯为主要成分，以电驱动方式实现对薄膜中聚氨酯层分子级结构的相转变及透明性的可逆调制。这种智能薄膜材料可在全透明和磨砂调光之间通过控制电压信号不同而自由转换。同时，通过某些颜料的加入，可得到相应彩色的调光薄膜。该技术易于规模化，有望成为一种新型调光玻璃的加工方法，具有产品结构简单、成本低廉、经久耐用，阈值电压低，安全性高的优势，可广泛应用于汽车、建筑装饰材料中，亦可发展成为一种新型柔性智能透明导电薄膜，为智能器件开发奠定材料基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学薄膜及其制法，尤其涉及一种复合层状结构的光学调光薄膜 及其制法，在高级门窗、汽车玻璃、卫生间和室内外装饰等领域有重要潜在应用，属于碳纳 米管智能薄膜材料及其相关

技术介绍
功能玻璃材料的开发对室内装饰技术及居住环境的改变在产生着重大影响。为 了防止强紫外的照射，人们多用帘布，或在玻璃上贴窗纸或镀膜来实现。但这两种遮光的 方式都比较单调，且帘布容易粘灰尘变脏，需定期洗换。贴窗纸和镀膜也难以自由调节进 入室内光线的明暗，且难于达到美化室内环境的效果。近年来，随着大玻璃窗的流行，人 们对建筑装饰玻璃节能材料的需求也越来越迫切。为了解决这些问题，人们尝试了各种 努力，目前最有成效的工作是美国德州的Polytronix，Inc公司于1991年开始投入商业 化量产的Polyvision Privacy Glass。在国内，人们习惯称这种玻璃为电控调光玻璃、 智能玻璃、液晶玻璃等。北京众智同辉科技有限公司、南京智显科技有限公司以及南京富 特莱数码科技实业有限公司等开启了国内调光玻璃生产的先河，他们拥有数十项国家发 明专利，如中国专利ZL200720044628. 7等。但纵观目前国内外市场上生产销售的调光玻 璃，无外乎基于以下三种技术1)电色器件(Electrochromic devices (EC))，2)悬浮颗粒 器件(Suspended ParticleDevices (SPD))，3)聚合物分散液晶器件(Polymer Dispersed Liquid Crystals(PDLCs)),以这三种技术为基础的调光玻璃各有利弊。如以电致变色为基 础调光器件通过选取特定物质在电场下产生的化学反应，可调制光线从高透过率连续变化 至低透过率，开关效率较高。但该类器件制作工艺复杂，长时间可逆化学反应后化学物质容 易变性，耐久性不高，目前只小规模应用在高档汽车玻璃上。悬浮颗粒基调光玻璃的调光原 理非常简单，即在电场作用下通过控制两层玻璃之间的悬浮粒子的数量和取向来调整光线 的透射和散射程度，但是造价不菲。而且为了防止粒子泄露对操作和使用环境的要求比较 高。聚合物分散液晶型电致调光玻璃是目前调光玻璃市场上的主角。这种技术主要是将向 列型液晶分散在特定聚合物基体中，通过控制液晶的排列态，产生内部折射系数的不同，而 呈现透光和散光的宏观状态的转变。调光玻璃主要由中间层薄膜调光体及上下透明夹层材料复合制备而成，其关键技 术是中间层调光薄膜的材料和制备。目前市场上现有的调光玻璃产品的调光薄膜多是由液 晶(主要是向列态液晶分子)及引入电控源的透明导电薄膜(主要为ΙΤ0)制备而成。但 这两种主要原料造价昂贵，以致国内市场上电控调光玻璃的价格不低于数千元人民币每平 方米，进口产品的价格更远远超过普通民众所能承受范围之外。因而市场对于一种新型的， 真正物美价廉的调光玻璃产品的需求已经越来越迫切。碳纳米管(CNT)由日本电镜专家Iijima于1991年发现，是继C60之后碳家族中 出现的又一新成员。由其组装而成的宏观结构有碳纳米管丝带、纤维、薄膜等，其粉体及各 种宏观结构已被应用于一些高性能复合材料的制备。尤其是近年来逐渐兴起的碳纳米管薄膜，受到了各国科学家们的广泛亲睐。大量的有关碳纳米管薄膜的基础和应用研究表明其 在透明导电薄膜、电极材料、柔性扬声器、催化剂载体、场发射器件以及LED等方面的巨大 的潜在应用价值。且相对于溶液抽滤的湿法来说，干纺的碳纳米管薄膜中没有小分子分散 剂等杂质，透明性和导电性更好，易于大规模制备，因而更显示了工业化前景。相对于ITO 来说，碳纳米管薄膜还具有来源广泛、柔韧性好等优点，加上其较高的导电性和极好的透明 度，使其有望取代目前广泛使用的透明导电薄膜材料ΙΤ0。形状记忆聚氨酯(SMPU)是形状记忆高分子材料中最重要的一员，它包含由异氰 酸酯形成的硬段固定相和聚醚(聚酯)多元醇形成的软段可逆相构成，最早是由日本三菱 重工业公司1988年8月首先公布于世。最初开发SMPU的目的是为了制造割草机中一种小 型发动机的气流阀；随后，该公司进一步开发了综合性能优异的SMPU。其后，科学家们通过 调节硬段和软段的种类、比例和分子量等，制备出了各种具有不同形状记忆功能的SMPU，并 得到了一系列的产品和应用。SMPU除了宏观可见的在一定刺激源(光、热、溶剂等)下的形 状回复以外，一些特定种类的产品还可以实现透明与磨砂遮光之间的转换。
技术实现思路
鉴于上述现有调光透镜装置在应用中寿命较短，成本高昂等缺陷，本专利技术的目的 旨在创新地提出，以实现一种可低成本 制备、且调光性能优越的应用方案。本专利技术上述的一个目的，其技术方案如下一种碳纳米管_聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于所述复合调光薄膜包括两层 玻璃、塑料或橡胶中一种材质的透明基体介质，以及夹设于透明基体介质之间相复合的碳 纳米管薄膜和形状记忆聚氨酯，并且所述碳纳米管薄膜两端直接与金属电极相连。进一步地，前述的一种碳纳米管-聚氨酯复合调光薄膜，其中该碳纳米管薄膜为 单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或两种碳纳米管混合制成的薄膜。并且，各种碳纳米管的管壁 上还可功能化修饰有至少的羧基或氨基。进一步地，前述的一种碳纳米管-聚氨酯复合调光薄膜，其中该形状记忆聚氨酯 具有在碳纳米管薄膜通电前后所能达到的温度范围之内的相转变温度，并在碳纳米管薄 膜达到所述相转变温度前后，所述形状记忆聚氨酯呈现非透明状态和全透明状态的可逆转 变，对应不同的组分结构，其相转变温度在20 300°C之间可调。进一步地，前述的一种碳纳米管-聚氨酯复合调光薄膜，其中该碳纳米管薄膜两 端的金属电极为片状电极或丝网状电极，选材上至少包括铝或铜。本专利技术的第二个目的，其技术解决方案为复合调光薄膜的制备方法，其特征在于包括步骤I、选取并洁静处理一作为衬底的透明基底介质；II、在步骤I中所述的透明基底介质上覆盖一层形状记忆聚氨酯，并加热使聚氨 酯具有一定粘性；III、制备碳纳米管薄膜，并将其覆盖于聚氨酯表面；IV、在所述碳纳米管薄膜两端直接连接金属电极，并覆盖相对衬底的另一透明基 底介质；4V、通过机械加压或热缩聚的方式固定该复合调光薄膜的层状结构。进一步地，在不影响所述透明基底介质透光性的前提下，步骤II之前在透明基底 介质覆盖形状记忆聚氨酯的另一侧表面进一步还涂覆自清洁层和光学减反射层，其中自清 洁层至少为TiO2，而光学减反射层至少为ZnS、Cr02。步骤II中所述在透明基底介质上覆盖形状记忆聚氨酯制成薄膜的方法至少包括 湿法的溶液挥发法、旋涂法或喷涂法以及干法的热压法，该形状记忆聚氨酯的膜厚介于 Ιμπι 5mm。其中该湿法覆盖制程中，用于溶解形状记忆聚氨酯的溶剂采用至少包括N-甲 基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中的一种。步骤III中所述碳纳米管薄膜的制备方法包括直接生长法、粉末成膜法、碾压法或 固相拉膜法得到。实施本专利技术的技术方案，较之于现有技术其显著的优点在于本专利技术摒弃了使用液晶和ITO材料作为调光玻璃中的薄膜调光体，取而代之的是 形状记忆聚氨酯和碳纳米管薄膜复合的中间夹层。该碳纳米管-聚氨酯复合智能调光薄膜 可以根据实际应用需要制备出具有不同色彩和不同显示功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管－聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于：所述复合调光薄膜包括两层玻璃、塑料或橡胶中一种材质的透明基体介质，以及夹设于透明基体介质之间相复合的碳纳米管薄膜和形状记忆聚氨酯，并且所述碳纳米管薄膜两端直接与金属电极相连。

【技术特征摘要】
一种碳纳米管 聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于所述复合调光薄膜包括两层玻璃、塑料或橡胶中一种材质的透明基体介质，以及夹设于透明基体介质之间相复合的碳纳米管薄膜和形状记忆聚氨酯，并且所述碳纳米管薄膜两端直接与金属电极相连。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管_聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于所述碳 纳米管薄膜为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或两种碳纳米管混合制成的薄膜。3.根据权利要求2所述的一种碳纳米管_聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于所述各 种碳纳米管的管壁上可功能化修饰有羧基或氨基。4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管_聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于所述形 状记忆聚氨酯具有在碳纳米管薄膜通电前后所能达到的温度范围之内的相转变温度，并在 碳纳米管薄膜达到所述相转变温度前后，所述形状记忆聚氨酯呈现非透明状态和全透明状 态的可逆转变。5.根据权利要求4所述的一种碳纳米管_聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于该形状 记忆聚氨酯对应不同的组分结构，其相转变温度在20 300°C之间可调。6.根据权利要求1所述的一种碳纳米管_聚氨酯复合调光薄膜，其特征在于所述碳 纳米管薄膜两端的金属电极为片状电极或丝网状电极，选材上至少包括铝或铜。7.权利要求1所述复合调光薄膜的制备方法，其特征在于包括步骤I、选取并洁静处理一作为衬底的透明基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡成，李清文，陈名海，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]