[发明专利]聚乙烯醇包覆的纳米二氧化钒光热响应微胶囊及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚乙烯醇包覆的纳米二氧化钒光热响应微胶囊及其制备方法，属于纳米高分子复合材料合成技术领域。制备方法包括以下步骤：(1)将二氧化钒(VOsubgt;2/subgt;)纳米颗粒表面改性；(2)内水相的制备；(3)油相的制备；(4)将步骤(2)制备的内水相缓慢加入步骤(3)制备的油相中，加热搅拌得到油包水型初乳；(5)外水相的制备；(6)将步骤(4)制得的油包水型初乳滴加到步骤(5)制得的外水相中，加热搅拌，后处理获得聚乙烯醇包覆的纳米二氧化钒光热响应微胶囊。本发明所提供的制备方法简单，通过将VOsubgt;2/subgt;微胶囊化，增强了其耐候性，同时VOsubgt;2/subgt;与有机基体的相容性也得到提高；加入光响应有机分子改变了二氧化钒薄膜的颜色。

技术领域

本发明属于纳米高分子复合材料合成技术领域，具体涉及一种聚乙烯醇包覆的纳米二氧化钒光热响应微胶囊高分子复合材料及其制备方法。

背景技术

二氧化钒(VO₂)是一种非常典型的热致变色材料，在临界温度(T_c)为68℃时，VO₂具有可逆金属-绝缘体相变(MIT)，在晶体结构上表现为单斜(M)相到金红石(R)相的转变。而随着相态的变化，VO₂具有明显的近红外透过率差异。具体表现为在相变温度低于T_c时，VO₂为绝缘体态M相，此时VO₂不阻挡红外线的传输；而在相变温度高于T_c时，VO₂转变为金属态R相，此时对红外有明显的阻挡作用，因此特别适合于节能智能窗的应用。将VO₂涂覆在玻璃表面，实现“冬天保持室内温暖而夏天保持室内凉爽”的节能模式，但是VO₂在实际应用中存在以下缺点：

1)VO₂薄膜无法实现对可见光的调节，而且涂层薄膜为棕黄色，不受市场的欢迎；

2)VO₂纳米颗粒因粒径小、比表面积大易发生团聚，导致VO₂薄膜的光学性质下降；

3)VO₂的耐候性差，在空气中易氧化为V₂O₅，失去对太阳光的调制能力；

4)VO₂纳米颗粒与有机基体复合时的相容性差，导致在无机-有机界面上产生空隙，引起有机基体与界面处树脂的降解、脆化，使其抵抗外界应力的能力下降。

为了解决上述问题，研究者们做了很多努力，制备VO₂核-壳结构是一种行之有效的方法。目前文献中，制备了VO₂@SiO₂、VO₂@TiO₂、VO₂@ZrO₂等无机复合核-壳结构，虽然解决了VO₂耐候性差、易团聚的问题，但是与有机基体的相容性问题无法得到改善。并且无机壳层大多为刚性结构，而VO₂相变过程中伴随体积变化，因此，无机材料作为壳层容易开裂、破碎。此外，制备SiO₂、TiO₂等无机壳层需要高温退火等工艺，制备过程复杂，能耗高，还会产生大量废水，不适合工业化生产。

聚乙烯醇等有机高分子材料具有优异的透明性和耐热、耐磨、耐酸碱等性能，是一种理想的壳层材料。将VO₂表面包覆一层聚乙烯醇等有机高分子材料，不但使其具有无机壳层的优点，还可以提高其抗应力、应变能力。此外，无机材料与有机基体的相容性问题也得到解决。有机高分子材料表面的活性基团可以与有机光致发光等光响应分子以化学键的形式结合，从而改变VO₂薄膜的颜色，提高VO₂薄膜对太阳光的调制能力，增加产品的多样性。

发明内容