[发明专利]热致变色复合纳米材料、其制备方法和用途及由其形成的复合薄膜

说明书

本发明提供一种热致变色复合纳米材料、其制备方法和用途及由其形成的复合薄膜，属于复合材料领域。本发明的热致变色复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：硅烷偶联剂改性二乙炔衍生物的制备，热致变色二氧化钒纳米粒子的制备。本发明中以二氧化钒作为核，聚二乙炔衍生物作为壳，既可以改变颜色，调节可见光，又可以提高二氧化钒的稳定性及与非极性聚合物分散剂的相容性。由热致变色二氧化钒纳米粒子制备的复合薄膜，通过将热致变色聚合物与二氧化钒两者结合，即可实现太阳光的可见和近红外波段同时调控。

技术领域

本发明涉及一种复合材料领域，具体涉及一种热致变色复合纳米材料、其制备方法和用途及由其形成的复合薄膜。

背景技术

全球工业化不断推进，为了维持经济的持续增长，能源消耗问题已成为一个全球性问题。近些年人们对于能源危机的重视在不断增强，一直在寻求缓解能源危机的方法，除了充分利用可再生能源，节能被认为是缓解能源危机的另一种有效途径。与可再生能源相比，节能可直接减少能源的消耗，具有独特优势，效益更高。在日常生活中，建筑物能源消耗巨大，大约占世界总能源消耗的40％。随着人们生活水平的提高，空调的使用越来越广泛，空调为我们提供舒适的工作和生活环境，但是空调所消耗的能源已经占到建筑物总能耗的50％。

窗户作为室内和外界能量交换的主要窗口，对窗户的节能化改造是建筑节能的关键步骤，因此智能窗应运而生。据统计我国老旧建筑玻璃有530多亿平方米，其中95％以上的窗玻璃都是普通玻璃。对这些既有建筑普通玻璃的节能改造是个系统工程，可通过喷涂或贴膜的方式进行改造。二氧化钒(VO₂)作为一种无机热致相变材料被认为是制备智能窗的理想材料，因为VO₂在温度相对较低(～68℃)时，会发生快速且可逆的半导体态到金属态的转变，相变后其在近红外光区的透过率显著降低，进而隔绝热量。由于VO₂的这一相变特性，受到科学家们的广泛关注。VO₂应用的关键步骤是将VO₂纳米粒子分散在液相体系制备成涂料或分散在固相聚合物中制备成薄膜，涂覆在玻璃表面，形成可调节室内温度的智能玻璃。

但是，二氧化钒智能窗依然存在以下若干不足：(1)具有相变功能的M相二氧化钒在空气中不稳定，容易被氧化成五氧化二钒；(2)二氧化钒纳米粒子表面极性较大，和非极性的分散相聚合物相容性不是很好，导致透光率下降；(3)对太阳光红外波段具有较高的调节能力，但对可见光波段几乎不具有调节作用；(4)由于二氧化钒在可见光波段吸收在相变前后变化不明显，无法利用这种调节产生足够的视觉(颜色)变化，从而无法给顾客强有力的效果演示，不利于产品的宣传和推广；(5)对短波段可见光具有强烈的吸收效应，导致薄膜呈现不美观的黄色。迄今尚无成熟技术从根本上解决上述若干问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种热致变色复合纳米材料、其制备方法和用途及由其形成的复合薄膜。有效解决了现有技术所存在的缺陷。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种热致变色复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：硅烷偶联剂改性二乙炔衍生物的制备，热致变色二氧化钒纳米粒子的制备。

具体地，包括以下步骤：

(1)硅烷偶联剂改性二乙炔衍生物的制备：

a)将二乙炔衍生物加入到有机溶剂1中，加入酰化试剂、碳二亚胺类缩合剂，搅拌，经后处理得到活化二乙炔衍生物固体；

b)将活化二乙炔衍生物固体加入有机溶剂2中溶解，加入氨基三烷氧基硅烷，搅拌，移走溶剂得到硅烷偶联剂改性二乙炔衍生物；

(2)热致变色二氧化钒纳米粒子的制备：

将步骤(1)所得硅烷偶联剂改性二乙炔衍生物溶解到有机溶剂3中，获得硅烷偶联剂改性二乙炔衍生物溶液；