本申请涉及光学领域,特别是涉及一种电致变色且自清洁的智能窗及其制备方法。
背景技术:
1、智能窗一般可分为被动式和主动式。被动式智能窗具有自触发光谱调节能力,不依赖人工干预,无需外部触发,其光学可见度可在炎热天气低清晰度和寒冷天气高清晰度之间自动转换,从而被动调节太阳光透过量。虽然被动式具有低成本、节能、自触发等优点,但可能无法满足用户对按需调节光学可见度的要求。另一种主流类型是主动智能窗,主要由外部刺激触发,如机械应力、电、ph、热、光等。其中,电致变色窗具有高标准的可控性。
2、尽管现有技术中已经存在多种被动和主动的智能窗可以实现动态微调光通量,但这些智能窗的自清洁(例如自动清理无机污垢、污泥和有机污染物等)效果差,这会大大降低其长期调光性能,尤其是在阴暗的雨天。对此,疏水智能窗应运而生,它能够通过超滑界面或超疏水微结构自动去除表面液滴污染物。疏水智能窗包括温度激活石蜡、可蒸发乙醇和电/磁触发微百叶窗等。它们的独特优势应归因于自身的双重功能,即既有光学调节能力又有自清洁能力。然而,随之而来的是几个障碍:一是大多数自清洁智能窗具有较差的透光度,导致采光性能差和光学对比度较低;二是建筑物中的许多外壳/屋顶/设施不是平面的,而是弯曲的三维形貌,而目前大多数自清洁智能窗为刚性结构,难以匹配建筑物的弯曲形貌。
3、针对目前自清洁智能窗的透光度和柔性较差的问题,目前还没有提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、在本发明中提供了一种电致变色且自清洁的智能窗及其制备方法,以解决目前自清洁智能窗的透光度和柔性较差的问题。
2、第一个方面,在本发明中提供了一种电致变色且自清洁的智能窗,所述智能窗包括依次层叠的第一疏水透明膜、弹性垫环和第二疏水透明膜;
3、所述第一疏水透明膜上制备有弹性且呈网格状的导电层,所述第一疏水透明膜、所述弹性垫环和所述第二疏水透明膜之间形成密封的填充腔,所述填充腔内填充有热敏水凝胶;
4、所述热敏水凝胶的制备工艺包括:
5、将n-异丙基丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素加入去离子水溶剂中并均匀混合,得到第一溶液;
6、待所述第一溶液呈透明状态后,在搅拌状态下将亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶解在所述第一溶液中,得到所述热敏水凝胶;
7、其中,所述n-异丙基丙烯酰胺、所述羟丙基甲基纤维素、所述亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵和所述亚硫酸氢钠的质量为16000:1500:54.4:50:30。
8、第二个方面,在本发明中提供了一种电致变色且自清洁的智能窗的制备方法,所述制备方法包括:
9、制备第一疏水透明膜和第二疏水透明膜,所述第一疏水透明膜上制备有弹性且呈网格状的导电层;
10、制备热敏水凝胶;
11、将所述第一疏水透明膜和所述第二疏水透明膜通过具有黏性的弹性垫环进行层叠黏合得到组装体,所述组装体的内部形成有密封的填充腔;
12、将所述热敏水凝胶注入所述填充腔,并对填充有所述热敏水凝胶的所述组装体进行冷浴处理得到智能窗;
13、其中,所述热敏水凝胶的制备工艺包括:
14、将n-异丙基丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素加入去离子水溶剂中并均匀混合,得到第一溶液;
15、在搅拌状态下将亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶解在所述第一溶液中,得到所述热敏水凝胶;
16、其中,所述n-异丙基丙烯酰胺、所述羟丙基甲基纤维素、所述亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵和所述亚硫酸氢钠的质量为16000:1500:54.4:50:30。
17、与相关技术相比,本发明中提供了一种基于焦耳热致动器和热敏水凝胶的高性能超疏水电热激活智能窗,热敏水凝胶的两侧采用疏水透明膜,一方面疏水透明膜可以为热敏水凝胶提供填充空间,另一方面可以自动的排斥去除各种液体污染物。以及导电层在通电后具有一定温度,进而可以融化疏水透明膜上附着的雾气。基于上述两点,该智能窗具有自清洁效果。而且,疏水透明膜、弹性垫和热敏水凝胶均为柔性结构,进而智能窗呈柔性可弯曲,能够适应各种不同的建筑弯曲形貌。因此,本发明解决了目前自清洁智能窗的透光度和柔性较差的问题。
18、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出,以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
1.一种电致变色且自清洁的智能窗,其特征在于,所述智能窗包括依次层叠的第一疏水透明膜、弹性垫环和第二疏水透明膜;
2.根据权利要求1所述的电致变色且自清洁的智能窗,其特征在于,所述n-异丙基丙烯酰胺为16g,所述羟丙基甲基纤维素为1.5g,所述去离子水溶剂为70ml,所述亚甲基双丙烯酰胺为54.4mg,所述过硫酸铵为50mg,所述亚硫酸氢钠为30mg。
3.根据权利要求1所述的电致变色且自清洁的智能窗,其特征在于,所述第一疏水透明膜通过在制备有所述导电层的第一柔性透明基底上涂覆改性二氧化硅纳米颗粒涂料得到;
4.根据权利要求3所述的电致变色且自清洁的智能窗,其特征在于,所述第一柔性透明基底和第二柔性透明基底的材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷和聚乙烯醇中的一种。
5.根据权利要求1所述的电致变色且自清洁的智能窗,其特征在于,所述导电层的材料是银纳米线、石墨烯纳米片、碳纳米管和mxene ti2c中的一种。
6.一种电致变色且自清洁的智能窗的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
7.根据权利要求6所述的电致变色且自清洁的智能窗的制备方法,其特征在于,所述第一疏水透明膜和所述第二疏水透明膜的制备工艺包括:
8.根据权利要求7所述的电致变色且自清洁的智能窗的制备方法,其特征在于,所述导电层的制备工艺包括:
9.根据权利要求7所述的电致变色且自清洁的智能窗的制备方法,其特征在于,所述导电墨水的制备材料为银纳米线、石墨烯纳米片、碳纳米管和mxene ti2c中的一种。
10.根据权利要求7所述的电致变色且自清洁的智能窗的制备方法,其特征在于,所述导电墨水的制备材料为银纳米线,所述银纳米线通过正压过滤工艺和丙酮净化工艺得到;