【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能复合材料领域，特别涉及一种全固态动态温度调控薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、调节建筑物、室外设备、人体温度和航天器的节能手段对于向可持续社会发展至关重要。例如，航天器在太空中热辐射是唯一的热传递手段，当面对太阳时，航天器必须反射并散发热量；当背对太阳时，它必须保存热量。这种转变涉及高达200℃，有时在几十秒内发生(航天器旋转)。航天器组件的工作温度有限，不能承受这种变化，因此必须通过航天器的温度控制以保护它们免受外界热辐射变化的影响。建筑物表层在夏天时需要高反射以反射来着太阳光的额外辐射，从而使建筑物内部冷却；在冬天时需要建筑物内部表面高反射以使室内保持温暖。通过调控表面的发射率是一种非常简单高效的方法，传统策略通常是使用相变材料或半导体制冷元件来调节目标表面的温度，但这些方法存在被动调节、能耗高、体积大、重量大的缺点，限制了其在热辐射控制领域的应用。近年来，已经有几种应用使用这种策略，包括环境辐射冷却器、辐射制冷织物和节能涂料。但是，固定的高红外长波发射率只有在天气温暖时才能提供冷却，并不适用具有炎热/寒冷季节温度波动的地区，这需要适应不同季节天气条件的热辐射调制设备。功率可逆调节的热辐射调控材料具有功率小、可控性强等优点，是热辐射调节领域简单高效的方法。例如通过离子导电电解质填充的多孔电解质层夹在两个调控材料薄膜中，实现器件最外表面的发射率调谐。尽管目前已经研究了一些光学调节设备，但是这些设备局限在可见光波段、有效面积小、刚性结构、液态/半固态电解质等，这限制了其在真空、柔性可穿戴等领域的应用。开发
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种全固态动态温度调控薄膜及其规模化制备方法和应用。
2、本专利技术的一种全固态薄膜，所述全固态薄膜依次包括：红外调控薄膜层、固态电解质层、离子储存层薄膜，其中红外调控层、全固态电解质层之间设有导电集流体，所述固态电解质层、离子储存层之间设有导电集流体。
3、优选地，所述全固态薄膜还包括聚合物基底薄膜，其中红外调控材料层设于聚合物基底薄膜表面；
4、优选地，其中聚合物基底薄膜包括多孔薄膜或者致密薄膜；所述聚合物基底薄膜材质包括聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯乙烯膜、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚氨酯膜中的一种或几种；
5、优选地，所述聚合物基底的厚度为0.05μm～1000μm。
6、优选地，所述红外调控材料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米管衍生物、石墨烯、石墨烯衍生物、聚苯胺、聚苯胺衍生物、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸中的一种或几种。
7、优选地，所述红外调控材料的厚度为0.01μm～500μm。
8、优选地，所述全固态电解质层材料组分包括：无机盐粉末、添加剂粉末、聚合物粉末或颗粒；其中所述无机盐包括锂盐、钠盐、钾盐、铝盐、镁盐中的一种或几种；所述添加剂包括钙钛矿型陶瓷粉末(钛酸钙钡、钛酸铜钙等)、钠超离子导体陶瓷粉末(na3zr2si2po12)、lisicon型陶瓷粉末(li9.4si1.74p1.44s11.7cl0.3)、石榴石型陶瓷粉末(li7la3zr2o12)等中的一种或几种；聚合物包括聚环氧乙烷peo、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物pvdf-hfp、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、聚氨酯pu、酚醛树脂、聚偏氟乙烯pvdf、聚环氧丙烷ppo、聚丙烯腈pan、聚氯乙烯pvc、聚偏氯乙烯pvdc中的一种或几种。
9、进一步地，所述锂盐包括高氯酸锂、钛酸锂、氯化锂、氟化锂、六氟磷酸锂中的一种或几种；所述钠盐包括高氯酸钠、氯化钠、氟化钠中的一种或几种；钾盐包括氯化钾等；铝盐包括氯化铝等和镁盐包括氯化镁、硫酸镁等。
10、优选地，所述的固态电解质层厚度在1μm～1000μm。
11、优选地，所述离子储存层薄膜包括柔性基底和离子储存材料层；其中所述柔性基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯乙烯膜、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料膜、聚氨酯膜中的一种或几种；离子储存材料包括碳化物衍生碳材料、多孔碳材料、活性碳材料、石墨烯、电纺碳纳米纤维、导电高分子、碳纳米管等导电材料中的一种或几种；
12、优选地，离子储存层厚度为1μm～1000μm；柔性基底厚度为0.05μm～2000μm。
13、优选地，所述导电集流体包括纤维型集流体、片型集流体中的一种或几种；所述纤维型集流体为金属纤维、碳纳米管纤维、镀镍纱线、镀铜金属纤维、镀金金属纤维、碳纤维中的一种或几种；所述片型集流体为金属片、石墨烯导电片、导电性纤维编织片中的一种或几种。
14、优选地，纤维型集流体直径为5μm～1000μm；片型集流体宽度为1μm～1500μm，厚度1μm～100μm。
15、本专利技术的一种全固态薄膜的制备方法，包括：
16、(1)聚合物基底上涂覆红外调控层，经过烘干处理后得到聚合物红外调控基底薄膜；
17、(2)将离子储存材料涂覆在基底薄膜上，经过烘干处理后，得到离子储存层薄膜；
18、(3)将无机盐、添加剂和聚合物混合，加热，流延压膜，得到全固态电解质薄膜；
19、(4)将聚合物红外调控基底薄膜、导电集流体、全固态电解质薄膜、导电集流体和离子储存层薄膜，进行热压，得到全固态薄膜。
20、上述制备方法的优选方式如下：
21、步骤(1)中聚合物红外调控基底薄膜的制备：通过传动装置使聚合物基底薄膜做运输移动，经过涂覆装置涂覆红外调控浆料，然后经过烘干装置干燥，最后经过收集装置得到聚合物红外调控基底薄膜；
22、其中红外调控浆料使用的溶剂为异丙醇ipa、水h2o、n-甲基吡咯烷酮nmp、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺dmf、丙烯酸丁酯ba、碳酸丙烯酯pc溶剂中的一种或几种；浆料中红外调控材料的固含量为：0.05～80wt.％；浆料的涂覆装置包括涂布装置、喷涂装置中的一种或两种；烘干装置的长度为0.1m～10m，烘干温度为30℃～150℃，传输速度为0.01m/min～100m/min。
23、所述红外调控浆料具体为将红外调控材料、溶剂搅拌均匀后进行超声分散。
24、步骤(2)中离子储存层薄膜的制备：通过传动装置使柔性基底薄膜做运输移动，经过涂覆装置涂覆离子储存层浆料，然后经过烘干装置干燥，最后经过收集装置得到离子储存层薄膜；
25、其中离子储存层浆料的分散剂包括异丙醇ipa、水h2o、n-甲基吡咯烷酮nmp、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺dmf、丙烯酸丁酯ba、碳酸丙烯酯pc溶剂中的一种或几种；储存层浆料中离子储存本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全固态薄膜，其特征在于，所述全固态薄膜依次包括：红外调控薄膜层、固态电解质层、离子储存层薄膜，其中红外调控层、全固态电解质层之间设有导电集流体，所述固态电解质层、离子储存层之间设有导电集流体。
2.根据权利要求1所述全固态薄膜，其特征在于，所述全固态薄膜还包括聚合物基底薄膜，其中红外调控材料层设于聚合物基底薄膜表面；
3.根据权利要求1所述全固态薄膜，其特征在于，所述全固态电解质层材料组分包括：无机盐、添加剂、聚合物；其中所述无机盐包括锂盐、钠盐、钾盐、铝盐、镁盐中的一种或几种；所述添加剂包括钙钛矿型陶瓷粉末、钠超离子导体陶瓷粉末、LISICON型陶瓷粉末、石榴石型陶瓷粉末中的一种或几种；聚合物包括聚环氧乙烷PEO、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚氨酯PU、酚醛树脂、聚偏氟乙烯PVDF、聚环氧丙烷PPO、聚丙烯腈PAN、聚氯乙烯PVC、聚偏氯乙烯PVDC中的一种或几种；
4.根据权利要求1所述全固态薄膜，其特征在于，所述离子储存层薄膜包括柔性基底和离子储存材料层；其中所述柔性基底材料包括聚对苯二甲
5.一种全固态薄膜的制备方法，包括：
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中通过传动装置使聚合物基底薄膜做运输移动，经过涂覆装置涂覆红外调控浆料，然后经过烘干装置干燥，最后经过收集装置得到聚合物红外调控基底薄膜；
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中通过传动装置使柔性基底薄膜做运输移动，经过涂覆装置涂覆离子储存层浆料，然后经过烘干装置干燥，最后经过收集装置得到离子储存层薄膜；
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中通过传动装置将聚合物红外调控基底薄膜、导电集流体与全固态电解质薄膜一起经过热辊压合装置，制备出全固态动态温度调控薄膜，最后进行收集；其中传导装置传输速度为0.5m/min～20m/min；热辊温度为100℃～220℃，热辊压力为100Pa～2MPa。
9.一种权利要求5所述方法采用的装置，其特征在于，所述装置包括用于输出聚合物红外调控基底薄膜的第1装置、用于输出离子储存层薄膜的第2装置、用于输出全固态电解质薄膜的第3装置、用于输送第一导电集流体的第4装置、用于输出第二导电集流体的第5装置、热压辊，其中第1装置、第4装置、第3装置、第5装置、第2装置分别输出的聚合物红外调控基底薄膜、第一导电集流体、全固态电解质薄膜、第二导电集流体、离子储存层薄膜一起输入热压辊压合，并通过收集辊收集；
10.一种权利要求1所述全固态薄膜在建筑物、室外设备、人体温度、航天器的温度管理或红外伪装领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种全固态薄膜，其特征在于，所述全固态薄膜依次包括：红外调控薄膜层、固态电解质层、离子储存层薄膜，其中红外调控层、全固态电解质层之间设有导电集流体，所述固态电解质层、离子储存层之间设有导电集流体。
2.根据权利要求1所述全固态薄膜，其特征在于，所述全固态薄膜还包括聚合物基底薄膜，其中红外调控材料层设于聚合物基底薄膜表面；
3.根据权利要求1所述全固态薄膜，其特征在于，所述全固态电解质层材料组分包括：无机盐、添加剂、聚合物；其中所述无机盐包括锂盐、钠盐、钾盐、铝盐、镁盐中的一种或几种；所述添加剂包括钙钛矿型陶瓷粉末、钠超离子导体陶瓷粉末、lisicon型陶瓷粉末、石榴石型陶瓷粉末中的一种或几种；聚合物包括聚环氧乙烷peo、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物pvdf-hfp、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、聚氨酯pu、酚醛树脂、聚偏氟乙烯pvdf、聚环氧丙烷ppo、聚丙烯腈pan、聚氯乙烯pvc、聚偏氯乙烯pvdc中的一种或几种；
4.根据权利要求1所述全固态薄膜，其特征在于，所述离子储存层薄膜包括柔性基底和离子储存材料层；其中所述柔性基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯乙烯膜、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料膜、聚氨酯膜中的一种或几种；离子储存材料包括碳化物衍生碳材料、多孔碳材料、活性碳材料、石墨烯、电纺碳纳米纤维、导电高分子、碳纳米管中的一种或几种；其中离子储存层厚度为1μm～1000μm；柔性基底厚度为0.05μm～20...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏志，范庆超，王伟轩，李克睿，李耀刚，张青红，侯成义，肖红，代国亮，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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