[发明专利]一种动态快速调控红外光透过率的柔性器件及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种动态快速调控红外光透过率的柔性器件及其制备方法和应用，属于柔性器件制备技术领域。本发明的柔性器件从下至上依次包括柔性衬底层、相变材料层、石墨烯发热层，其中：所述相变材料为二氧化钒@聚氨酯复合薄膜，所述相变材料层和石墨烯发热层之间还设置有两端电极，两端电极用于施加偏压加热石墨烯；所述石墨烯为叠层石墨烯，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。本发明创造性地利用石墨烯作为发热层，通过石墨烯发热层间接地调控二氧化钒的MIT行为，实现对红外光透过率的动态调控，本发明制得的柔性器件响应速度快，器件响应时间T_OFF和T_ON最短分别为5S和2S，可应用于制备智能窗产品。

技术领域

本发明属于柔性器件制备技术领域，具体涉及一种动态快速调控红外光透过率的柔性器件及其制备方法和应用。

背景技术

全球气候变暖是全人类共同面对的问题。人们不断探索新的有效方法来减少气候变化对人类带来的危害。能源技术的更新换代越来越快，与经济的发展也紧密相连。目前，人们探索到的有效的解决方法之一是节能工程。

二氧化钒（VO₂）是一种优异的相变材料，其相变温度为68 ℃，相变前后结构的变化导致对红外光由透射向反射的可逆转变，人们根据这一特性将其应用于制备智能控温薄膜领域。由于其优异的电学特性，该材料也可以应用于电子器件。

二氧化钒结构众多，其中的M相包含了M₁相和M₂相两种结构，一般情况下在没有外界对二氧化钒的干扰作用下，室温下二氧化钒呈现的是M相中的M₁结构，M₂相结构的出现是由于外界的微扰作用引起的。

石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0 TPa，固有的拉伸强度为130 GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常高的强度，平均模量可大于0.25 TPa。另一方面，石墨烯具有电阻率低、饱和电流高、导热系数高、单位面积发热功率高、传热快、发热均匀等特点。因此，石墨烯非常适合应用于加热膜领域。基于此，本发明选用石墨烯作为红外调控器件的发热层。

微波水热法即利用微波作为加热工具，实现分子水平上的搅拌，克服传统水热釜加热不均匀的缺点，缩短反应时间，提高工作效率，有加热速度快、加热均匀、无温度梯度、无滞后效应等优点。

PET膜又名耐高温聚酯薄膜。它具有优异的物理性能、化学性能及尺寸稳定性、透明性、可回收性，可广泛应用于磁记录、感光材料、电子、电气绝缘、工业用膜、包装装饰、屏幕保护、光学级镜面表面保护等领域。

本发明设计了石墨烯/二氧化钒@聚氨酯 / PET器件，利用微波水热法合成制备二氧化钒粉末，石墨烯加热膜控制二氧化钒的温度从而实现对红外光透过率的动态调控。同时本发明采用柔性衬底，制备了柔性器件，扩展了该器件的应用范围。本发明所提出的器件结构简单，成本低廉，制作工艺简单，且器件响应速度快、性能稳定，可直接用于智能窗的产品化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态快速调控红外光透过率的柔性器件及其制备方法和应用。本发明旨在通过叠层石墨烯发热来调控M ₁相VO₂的金属-绝缘体相变（MIT）行为，实现对红外光透过率的动态调控。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种动态快速调控红外光透过率的柔性器件，所述器件从下至上依次包括柔性衬底层、相变材料层、石墨烯发热层，其中：所述相变材料为二氧化钒@聚氨酯复合薄膜，所述相变材料层和石墨烯发热层之间还设置有两端电极，两端电极用于施加偏压加热石墨烯。

进一步地，上述技术方案，所述石墨烯为叠层石墨烯。