基于中空VO2纳米粒子的热致变色薄膜制备方法和应用

摘要

本发明涉及在玻璃基材和在柔性基材上制备一种基于100nm以下中空VO₂纳米粒子的热致变色薄膜的方法和应用，以及100nm以下中空VO₂纳米粒子的制备方法，可将所述100nm以下中空VO₂纳米颗粒堆积构成后，应用至玻璃基材上；也可将所述100nm以下中空VO₂纳米颗分散至树脂中，应用至柔性基材上，使得热致变色薄膜其应用范围更加广泛；上述所制成的热致变色薄膜在红外线不可见光中均能良好的实现低温时保证其具有高的透热能力，高温时保证其具有高的阻隔热量的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及在玻璃基材和在柔性基材上制备一种基于100nm以下中空VO

背景技术

据统计，在能源日趋紧张的今天，建筑能源的消耗占到人类总能耗的三分之一，而在建筑能耗中近一半是通过窗户间接产生的；随着科技的不断发展，智能节能窗的出现使得这一现象得以改善，智能节能窗可自动调节对阳光的透光性，使得室内冬暖夏凉，可减少对温度调控设备的应用，起到节约能源的作用。

智能节能窗采用光学性能可变的材料，利用其对光、电、气或热的响应，产生化学变化或相变，从而达到智能调节室内环境温度的目的。二氧化钒就是一种典型热至变色材料，相变温度为68℃，由于其相变前后光学性能有较大的变化，且相变温度更接近室温，而被广泛应用于汽车、建筑物、航天器等领域，以此实现室内温度的自动调节。

目前VO

中空VO

目前，制备无机空心球的方法主要包括以下几类：（1）模板法；（2）乳液法；（3）胶束自组装法；（4）喷雾反应法；（5）利用Ostwald熟化机制合成，模板法指的是先通过控制前驱体在模板小球表面沉积或反应，形成表面包覆层；然后用溶解、加热或化学反应等方法除去模板，即得到微/纳米空心球结构，模板法制备无机空心球具备大小可控的优点，其粒径接近模板粒径，是制备小粒径中空纳米球的方法之一。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明为能够在玻璃基材和柔性基材上制备一种基于中空VO

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种用于玻璃基材的基于100nm以下中空VO

(1)将中空VO

(2)将上述涂膜液涂覆在玻璃基材上，在50-100℃温度下烘干5-10min，得到所述薄膜。

优选的，在步骤(1)中，所述有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯中的一种或多种，所述涂膜液中中空VO

优选的，在步骤(2)中，所述镀膜方式为提拉法镀膜，旋涂法镀膜，喷涂法镀膜中的一种。

优选的，所述薄膜为将100nm以下中空VO

优选的，所述树脂为聚氨酯树、丙烯酸树脂、乙烯基树脂、环氧树脂中的一种或多种，所述柔性基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种。

一种用于柔性基材的基于100nm以下中空VO

(1)将中空VO

(2)将步骤(1)中所述涂料涂覆至柔性基材上，并对树脂进行固化得到所述柔性中空VO

优选的，步骤(1)中所述溶剂为去离子水、乙酸乙酯、乙醇、丙醇中的一种或多种，所述中空VO

通过采用上述技术方案,本发明制备得到的中空VO

一种100nm以下中空VO

(1)制备聚合物纳米粒子作为模板：将去离子水加热至50-90℃，并通氮气保护，在高速搅拌状态下加入聚合物单体，搅拌1-10min后，滴加阴离子引发剂的水溶液，滴加时间为1-5min，滴加完成后反应3-10min，然后利用冰水对其进行快速降温。

(2)制备聚合物小球@VO(OH)

(3)去除聚合物小球：将所述聚合物小球@VO(OH)

(4)将上述中空VO(OH)

优选的，步骤(1)中所述聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯(MMA)和苯乙烯(St)中的一种或两种混合，所述聚合物单体在蒸馏水中的浓度在0.1～0.5 mol/L之间，加入单体后的搅拌分散时间为1～10min，所述阴离子引发剂为过硫酸钾、丁基锂、氨基钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，所述引发剂和所述聚合物单体的摩尔比为1:50～1:200，步骤(2)中所述含VO

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过采用上述技术方案,基于模板法而制成的中空VO

波长在300-760nm时，用于玻璃基材上热致变色薄膜及用于柔性基材上的热致变色薄膜的透射率随着波长的变长而增大，可见光的透射率也因此提高；波长大于760nm时，用于玻璃基材上热致变色薄膜及用于柔性基材上的热致变色薄膜的透射率均发生改变，热致变色薄膜在20℃时的透射率要明显高于95℃时的透射率，从而实现在低温时保证其具有高的透热能力，在高温时保证其具有高的阻隔热量的能力。

附图说明

图1为使用甲基丙烯酸甲酯(MMA)和苯乙烯(St)单体制备得到的聚合物小球模板P(MMA+St)纳米粒子的SEM图；

图2为使用VOSO

图3为中空VO

图4为中空VO

图5为将中空VO

图6为将中空VO

图7为将中空VO

图8为将中空VO

图9为将中空VO

图10为将中空VO

具体实施方式

如图1至图10所示，本发明公开的基于100nm以下中空VO

本发明中用于玻璃基材的基于100nm以下中空VO

1、配置中空VO

1.1材料：中空VO

1.2方法：将中空VO

2、镀制中空VO

镀膜前将石英玻璃、K9玻璃、超白玻璃置于乙醇中超声10min，将玻璃基材置于中空VO

本发明中用于柔性基材的基于100nm以下中空VO

1、配置镀膜液

1.1 材料：中空VO

1.2 方法：将中空VO

2、制备柔性中空VO

利用辊涂法将上述中空VO

本发明中一种100nm以下中空VO

1、制备聚合物小球模板

1.1 材料：去离子水、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)单体、过硫酸钾；

1.2 方法：取一定量去离子水加热至80℃，并通氮气保护，在高速搅拌状态下往里面加入聚合物单体甲基丙烯酸甲酯和聚合物单体苯乙烯,MMA/St摩尔比为1-3，并继续搅拌，聚合物单体在去离子水中的浓度为0.2-0.6mol/L，另取过硫酸钾阴离子引发剂溶解在一定量去离子水中，引发剂与聚合物单体的摩尔比为0.005-0.02，搅拌2分钟后，逐滴加入过硫酸钾水溶液，滴加时间为1-5分钟，滴加完成后继续反应5-10分钟，反应完成后用冰水对反应容器进行快速降温，终止反应。

2、制备中空VO(OH)

2.1 材料：去离子水、VOSO

2.2 方法：取VOSO

将上述核壳纳米粉体分散至良溶剂甲苯中并搅拌，甲苯会将核壳结构中P(MMA+St)核溶解出来，得到VO(OH)

3.制备中空VO

3.1材料：旋转式管式炉、Ar气体

3.2方法：将上述中空VO(OH)

本发明基于100nm以下中空VO

1.检测仪器：紫外-可见光谱仪；型号：日立U4100；自制的薄膜加热装置；

2.检测方法：对上述实验中获得的在玻璃基材和在柔性基材上的热致变色薄膜进行实验，范波长围为300-2500nm，测试温度为20℃和95℃；

3.通过测试薄膜在20℃和95℃的透射率曲线，可以表征其热致变色性测试结果由图5-图10所示，图5为将中空VO

从图片可知，波长在300-760nm时，用于玻璃基材上热致变色薄膜及用于柔性基材上的热致变色薄膜的透射率随着波长的变长而增大，可见光的透射率也因此提高；波长大于760nm时，用于玻璃基材上热致变色薄膜及用于柔性基材上的热致变色薄膜的透射率均发生改变，热致变色薄膜在20℃时的透射率要明显高于95℃时的透射率，从而实现在低温时保证其具有高的透热能力，在高温时保证其具有高的阻隔热量的能力。

本发明的100nm以下中空VO

1.检测仪器：扫描电子显微镜SEM(日立S4800，操作电压为10 kV)，透射电子显微镜（TEM，JEM-2100，JEOL，操作电压200 kV)和X射线衍射(XRD，Bruker D8 Advance A25，Co靶，λKα1＝1.78897 Å，0.02 mm Fe滤光片) ；

2.测试方法：将制备的聚合物小球分散液滴在硅片表面，干燥后进行SEM测试表征其粒径，将中空VO(OH)

3.P(MMA+St)小球的SEM照片如图1所示，P(MMA+St)小球粒径均匀，大小在100nm以下，中空VO(OH)

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。