CN113341597A - 一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。所述方法为：通过快速溶胶凝胶方法制备透明二氧化硅气凝胶，并依次在透明气凝胶表面制备PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层。本发明制备的所述二氧化硅气凝胶玻璃，当环境温度低于石蜡的相变温度时，气凝胶玻璃透光率小于10％，当环境温度高于石蜡的相变温度时，气凝胶玻璃透光率大于90％，此外其透光/不透光临界温度可根据需要在‑30～100℃高度可调；本发明制备的所述二氧化硅气凝胶玻璃在绿色节能建筑、智能家居、高端商业展示、未来广告宣传、新一代精密电子等诸多领域具有重大的经济价值。

Description

一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于纳米多孔材料技术领域，涉及一种二氧化硅气凝胶的制备方法，尤其涉及一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
窗户等围护结构是建筑物热损失的薄弱部位，占整个建筑围护结构能耗的40％～60％，随着我国建筑节能标准的不断提高，窗户作为制约建筑物节能效果的关键部位越来越受重视。具有纳米多孔三维网络结构的二氧化硅气凝胶玻璃作为一种新型的节能窗户，具有超级隔热、高透光、轻质、隔音降噪、抗风压、无冷热自爆隐患、防火、防结露、寿命长等显著优点，对于我国的建筑物节能减排和环境治理方面具有非常重大的意义，因而气凝胶玻璃的研制已成为科学界和产业界的核心关注点。目前，已有有不少的关于二氧化硅气凝胶玻璃的专利报道，例如中国专利申请CN108623175A通过将玻璃粉体和气凝胶高温熔化、压制成型得到了气凝胶复合玻璃(发明专利)；中国专利申请CN105179879A将气凝胶颗粒填充入玻璃空腔并进行密封制备得到了气凝胶隔热保温玻璃；中国专利申请CN109989681A在两片玻璃中间夹填气凝胶形成了“三明治”结构的气凝胶玻璃。
这些报道的气凝胶玻璃除了隔热性能、透光性、尺寸大小有待进一步提高等问题外，更重要的，这些透明气凝胶玻璃其透光性是一成不变的，无法根据个人需求、使用场景需求进行透明/不透明变换，满足高端个性化、功能化和智能化等要求。例如，未来智能家居领域中，在白天工作的情况下需要建筑物门窗和采光屋顶具有极佳的采光效果，而在晚上休息的时候则需要优异的遮光效果；高端商业橱窗陈列领域中，在奢侈品展示前，需要将商品隐藏起来营造神秘商业气氛，在奢侈品展示时，需要使顾客通过橱窗能将商品一览无余；未来广告宣传领域，当需要宣传时，幕墙玻璃应该是不透明的背景墙，方便投影，当不需要宣传时，幕墙玻璃应该是透明，与周围环境浑然一体；精密电子器件领域中，作为隔绝保护的电路窗口，当电路工作或者检修时需要透明以便观察内部情况，而不工作时出于保密和抗干扰需求，电路窗口要求不透光。
尽管透光性随环境温度可变化的气凝胶玻璃具有巨大的潜在商业价值，但这种透光性可以进行调节的气凝胶玻璃目前尚未见到有关报道。可以预期的是，开发出一种兼具透光性可调节、保温隔热、轻质、大尺寸等优点的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料，对于绿色节能建筑、智能家居、高端商业展示、未来广告宣传、新一代精密电子等众多领域具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。本发明方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶是由透明二氧化硅气凝胶和依次形成在所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面的PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层组成；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光性和不透光性是由PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡发生可逆熔化/凝固实现的，PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层组成的超薄夹心结构确保了二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料整体透明度多次反复变化时不会对二氧化硅气凝胶的本征透明性、隔热性能以及结构完整性造成任何破坏。
本发明在第一方面提供了一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)制备透明二氧化硅气凝胶；
(2)将184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂混合均匀，得到184硅橡胶混合物，然后将所述184硅橡胶混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(1)制备的所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上并在高温下热固化，在所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上得到PDMS隔离薄层；
(3)将184硅橡胶的预聚物、184硅橡胶的固化剂和石蜡混合均匀，得到184硅橡胶/石蜡混合物，然后将所述184硅橡胶/石蜡混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(2)得到的所述PDMS隔离薄层远离所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上并在中温下热固化，在所述PDMS隔离薄层的基础上得到PDMS/石蜡透光调节薄层；
(4)将184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂混合均匀，得到184硅橡胶混合物，然后将所述184硅橡胶混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(3)得到的所述PDMS/石蜡透光调节薄层远离所述PDMS隔离薄层的一侧表面上并在低温下热固化，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上得到PDMS保护薄层，从而制得从所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面向外依次为PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
优选地，所述步骤(1)包括如下子步骤：
(a)将正硅酸甲酯、甲醇、水和浓氨水在-10℃～-30℃的条件下混合均匀，并在5min以内发生快速溶胶凝胶反应，得到二氧化硅湿凝胶；
(b)将步骤(a)得到的所述二氧化硅湿凝胶在室温下进行老化，得到结构增强的湿凝胶；
(c)将步骤(b)得到的结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换和超临界二氧化碳干燥的步骤，制得透明二氧化硅气凝胶。
优选地，在步骤(a)中，所述正硅酸甲酯、所述甲醇、所述水和所述浓氨水的质量比为152：(192～256)：(54～90)：(2～4)优选为152:224:72:3。
优选地，在步骤(2)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(2～8)：1优选为6:1；在步骤(2)中，所述旋涂的转速为2000～4000rpm优选为3000rpm，所述旋涂的时间为10～40s优选为15s；在步骤(2)中，在高温下热固化的温度为120～180℃优选为160℃，在高温下热固化的时间为1～10min优选为3min；和/或在步骤(2)中，得到的所述PDMS隔离薄层的厚度为5～30μm优选为10μm。
优选地，在步骤(3)中，所述石蜡选自碳原子数为10～60的正构烷烃、碳原子数为10～60的异构烷烃中的一种或多种，且所述石蜡的熔点为-30～100℃。
优选地，在步骤(3)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(8～12)：1优选为10:1；在步骤(3)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量之和与所述石蜡的质量比为1：(0.2～0.8)优选为1:0.5；在步骤(3)中，所述旋涂的转速为800～1500rpm优选为1000rpm，所述旋涂的时间为60～120s优选为90s；在步骤(3)中，在中温下热固化的温度为60～100℃优选为80℃，在中温下热固化的时间为1～8h优选为6h；和/或在步骤(3)中，得到的所述PDMS/石蜡透光调节薄层厚度为70～130μm优选为100μm。
优选地，在步骤(4)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(16～30)：1优选为20:1；在步骤(4)中，所述旋涂的转速为400～1500rpm优选为800rpm，所述旋涂的时间为30～90s优选为60s；在步骤(4)中，在低温下热固化的温度为20～50℃优选为30℃，在低温下热固化的时间为12～48h优选为24h；和/或在步骤(4)中，得到的所述PDMS保护薄层的厚度为40～90μm优选为60μm。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
优选地，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶具有如下一个或多个性质：所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光性表现为温度依赖性，当环境温度低于所述PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度时，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光率不大于10％，当环境温度高于所述PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度时，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光率不小于90％；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光/不透光临界温度在-30～100℃的范围内可调；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的密度为0.1～0.3g/cm3；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的热导率为0.015～0.019W/m·K。
本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料的应用；优选的是，由本发明在第一方所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料在绿色节能建筑领域、智能家居领域、高端商业展示领域、未来广告宣传领域或新一代精密电子领域中的应用。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明与现有其它技术制备的二氧化硅气凝胶相比，最大的优势是透光性可根据环境温度进行动态、可逆、反复变化，依据使用需要，所述二氧化硅气凝胶在透光(相对高温下)和非透光(相对低温下)下进行自由切换，是一种新型的温度刺激响应的人工智能气凝胶材料，在智能家居等高技术领域具有巨大的潜在应用价值。
(2)本发明制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶其透光/非透光临界温度在-30～100℃这一非常宽泛的温度范围内进行灵活设定、高度可调，能极大满足使用时的地理位置、气候环境和应用场景等要求，具有很大的实用性和拓展性。
(3)本发明制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶其透光性的实现是基于夹心结构的PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡发生可逆相变来实现透光性的变化的，PDMS/石蜡透光调节薄层中PDMS高分子网络结构对石蜡的锁定作用，以及PDMS隔离薄层和PDMS保护薄层的物理间隔作用，都能有效地防止石蜡的泄露，在数千次的升温/降温循环测试中，其透光性能非常稳定，能极大延长其作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料可调透光功能的有效寿命。
(4)本发明制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶是由透明二氧化硅气凝胶和依次形成在所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面的PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层组成，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶其PDMS/石蜡透光调节薄层的厚度非常薄，而且PDMS材料本身具有很好的透光、隔热性能和力学柔性，因此引入了这一夹心结构不仅对气凝胶的本征透光度、保温隔热性能、轻质特性基本没影响，而且气凝胶表面的柔性PDMS材料具有缓冲作用，非常有利于将气凝胶装配到保护框架中，不会在装配过程中破坏力学脆性的二氧化硅气凝胶。
(5)本发明与现有其它技术制备的自调光型透明复合气凝胶材料(例如参见中国专利申请CN109126643A)相比，首先其透光/不透光对应的波段为可见光波段，而不是红外波段，本发明中的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为智能气凝胶玻璃在现实世界中具有更大的经济价值；其次，本发明制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶，当环境温度低于透光调节剂石蜡的相变温度时，气凝胶玻璃透光率不大于10％，当环境温度高于透光调节剂石蜡的相变温度时，气凝胶玻璃透光率不小于90％，此外其透光/不透光临界温度可根据需要在-30～100℃高度可调，而现有技术制备的自调光型透光复合气凝胶材料在可见光下则无法进行调节。本发明制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶在绿色节能建筑、智能家居、高端商业展示、未来广告宣传、新一代精密电子等诸多领域具有重大的经济价值。
附图说明
图1是本发明制备透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的反应原理图。
图2是本发明实施例1制得的透明二氧化硅气凝胶放置在一张写满字样Aerogel(气凝胶)的纸上的外形图。图中，1为透明二氧化硅气凝胶。
图3是本发明实施例1制得的透明二氧化硅气凝胶的扫描电镜图(SEM图)。
图4是本发明实施例1制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶在低温下不透明的外形图。图中，2为透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
图5是本发明实施例1制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶经高温处理后透明的外形图。图中，2为透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
图6是本发明实施例1制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶在低温(20℃)下的透光率曲线图。图中，横坐标Wavelength表示波长，纵坐标Transmittance表示透光率。
图7是本发明实施例1制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶经高温(40℃)处理后的透光率曲线图。图中，横坐标Wavelength表示波长，纵坐标Transmittance表示透光率。
图8是本发明实施例1制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的差示扫描量热图。图中，横坐标表示Temperature表示温度，纵坐标Normalized Heat Flow表示标准化热流。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)制备透明二氧化硅气凝胶；在本发明所述透明二氧化硅气凝胶的制备例如可以采用一步法快速溶胶凝胶策略制备而成。
(2)将184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂混合均匀，得到184硅橡胶混合物(即184硅橡胶)，然后将所述184硅橡胶混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(1)制备的所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上并在高温下进行快速热固化，在所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上得到PDMS隔离薄层；在本发明中，PDMS为聚二甲基硅氧烷，PDMS隔离薄层即为聚二甲基硅氧烷隔离薄层；在本发明中，184硅橡胶为道康宁184硅橡胶，道康宁184硅橡胶的原料包括A组分：预聚物，和B组分：固化剂；在形成所述184硅橡胶混合物时，将A组分和B组分混合即可；在本发明中，将所述184硅橡胶混合物进行所述抽真空消泡例如为将184硅橡胶混合物放置于真空干燥箱(室温)中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体；在本发明中，在制备所述PDMS隔离薄层时，需要将所述184硅橡胶混合物在高温下进行快速热固化，这是因为所述PDMS隔离薄层是与气凝胶块体表面直接接触的，若固化时间太慢，184硅橡胶混合物会慢慢渗入到多孔气凝胶内部，破坏二氧化硅气凝胶结构。
(3)将184硅橡胶的预聚物、184硅橡胶的固化剂和石蜡(透光调节剂)混合均匀，得到184硅橡胶/石蜡混合物，然后将所述184硅橡胶/石蜡混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(2)得到的所述PDMS隔离薄层远离所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上并在中温下进行缓慢热固化，在所述PDMS隔离薄层的基础上得到PDMS/石蜡透光调节薄层；在本发明中，将所述184硅橡胶/石蜡混合物进行所述抽真空消泡例如为184硅橡胶/石蜡混合物放置于不低于石蜡对应的熔点温度的真空干燥箱中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体；在本发明中，在制备所述PDMS/石蜡透光调节薄层时，需要将所述184硅橡胶/石蜡混合物在中温下进行缓慢热固化，本发明发现，在中温下缓慢固化可以使得184硅橡胶交联反应充分，且中等温度下石蜡是液态，PDMS高分子网络结构能均匀、有效锁住石蜡，最终减少石蜡在后续升温熔化过程的泄露风险。
(4)将184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂混合均匀，得到184硅橡胶混合物，然后将所述184硅橡胶混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(3)得到的所述PDMS/石蜡透光调节薄层远离所述PDMS隔离薄层的一侧表面上并在低温下进行缓慢热固化，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上得到PDMS保护薄层，从而制得从所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面向外依次为PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶；在本发明中，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶由透明二氧化硅气凝胶和依次形成在所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面的PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层组成；在本发明中，在进行旋涂时，将所述透明二氧化硅气凝胶放置在匀胶机的吸盘上，若以与匀胶机的吸盘相贴合的一面为所述透明二氧化硅气凝胶的下表面(所述透明二氧化硅气凝胶的下表面未涂布有任何薄层)，在本发明中，即在所述透明二氧化硅气凝胶的上表面依次形成有所述PDMS隔离薄层、所述PDMS/石蜡透光调节薄层和所述PDMS保护薄层；在本发明中，在制备所述PDMS保护薄层时，需要将所述184硅橡胶混合物在低温下进行缓慢热固化，本发明发现，低温缓慢热固化有两个好处：其一是防止PDMS保护薄层形成前，由于温度过高，加快PDMS/石蜡透光调节薄层中石蜡熔化，并在PDMS/石蜡透光调节薄层表面析出小颗粒；其二是低温下固化，184硅橡胶混合物反应均匀，所形成的PDMS保护薄层表面平整度更高。
本发明制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶其透光性的实现是基于夹心结构的PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡发生可逆相变来实现透光性的变化的，PDMS/石蜡透光调节薄层中PDMS高分子网络结构对石蜡的锁定作用，以及PDMS隔离薄层和PDMS保护薄层的物理间隔作用，都能有效地防止石蜡的泄露，在数千次的升温/降温循环测试中，其透光性能非常稳定，能极大延长气凝胶玻璃可调透光功能的有效寿命。本发明制备的所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶，当环境温度低于透光调节剂石蜡的相变温度时，所述气凝胶玻璃透光率不大于10％，当环境温度高于石蜡的相变温度时，所述气凝胶玻璃透光率不小于90％，当环境温度为石蜡的相变温度时，所述气凝胶玻璃的透光率为40％～50％，介于透光和不透光的过渡状态；此外其透光/不透光临界温度可根据需要在-30～100℃高度可调；本发明制备的所述二氧化硅气凝胶在绿色节能建筑、智能家居、高端商业展示、未来广告宣传、新一代精密电子等诸多领域具有重大的经济价值。
根据一些优选的实施方式，所述步骤(1)包括如下子步骤：
(a)将正硅酸甲酯、甲醇、水(例如去离子水)和浓氨水(质量分数为28％的浓氨水)在-10℃～-30℃(例如-10℃、-15℃、-20℃、-25℃或-30℃)的条件下混合均匀，并在5min以内发生快速溶胶凝胶反应，得到二氧化硅湿凝胶；具体地，在本发明中，优选为先将正硅酸甲酯和甲醇混合均匀例如在-10℃～-30℃优选为-20℃的条件下混合均匀，得到混合溶液A，然后将水和浓氨水混合均匀例如在0℃～10℃优选为5℃的条件下混合均匀，得到混合溶液B，然后将所述混合溶液B快速加入所述混合溶液A中并混合均匀例如在-10℃～-30℃优选为-20℃的条件下混合均匀，得到接近凝胶(近凝胶)状态的***胶；在本发明中的透明二氧化硅气凝胶的制备过程中，通过控制好各原料的配比和混合温度，控制溶胶凝胶反应的快慢，在本发明中，优选为采用反应物浓度高以及催化剂浓度高的反应体系在-10℃～-30℃的条件下发生快速溶胶凝胶反应，例如在5min以内发生快速溶胶凝胶反应；
(b)将步骤(a)得到的所述二氧化硅湿凝胶在室温下进行老化例如在室温下老化10～20天优选为15天，得到结构增强的湿凝胶；
(c)将步骤(b)得到的结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换和超临界二氧化碳干燥的步骤，制得透明二氧化硅气凝胶。
本发明优选为采用上述优选的制备步骤(a)至(c)制备所述透明二氧化硅气凝胶，该制备方法具有简单、快速和高效等优点，更重要的是通过快速溶胶凝胶法制备的气凝胶，其纳米颗粒粒径小，透明度很高。
根据一些优选的实方式，在步骤(a)中，所述正硅酸甲酯、所述甲醇、所述水和所述浓氨水的质量比为152：(192～256)：(54～90)：(2～4)优选为152:224:72:3。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(2～8)：1(例如2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1或8:1)优选为6:1；在步骤(2)中，所述旋涂的转速为2000～4000rpm(例如2000、2500、3000、3500或4000rpm)优选为3000rpm，所述旋涂的时间为10～40s(例如10、15、20、25、30、35或40s)优选为15s，在本发明中，在制备所述PDMS隔离薄层时，为了最大程度避免184硅橡胶混合物渗入到气凝胶内部，需要快速旋涂，优选为所述旋涂的转速为2000～4000rpm；在一些优选的实施例中，在步骤(2)中，所述旋涂的转速为3000rpm，所述旋涂的时间为15s；在步骤(2)中，在高温下热固化的温度为120～180℃(例如120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃)优选为160℃，在高温下热固化的时间为1～10min(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10min)优选为3min；在一些优选的实施例中，在步骤(2)中，在高温下热固化的温度为160℃，在高温下热固化的时间为3min；和/或在步骤(2)中，得到的所述PDMS隔离薄层的厚度为5～30μm(例如5、10、15、20、25或30μm)优选为10μm。在本发明中，优选为所述PDMS隔离薄层的厚度小于所述PDMS/石蜡透光调节薄层以及所述PDMS保护薄层的厚度；本发明发现，将所述PDMS隔离薄层的厚度设置得薄点，有利于减少在制备所述PDMS隔离薄层时，所述184硅橡胶混合物渗入到气凝胶内部的可能，同时由于旋涂速度快，也会导致所述PDMS隔离薄层的厚度小，在本发明中，优选为所述PDMS隔离薄层的厚度为5～30μm。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述石蜡选自碳原子数为10～60的正构烷烃、碳原子数为10～60的异构烷烃中的一种或多种，且所述石蜡的熔点为-30～100℃；在本发明中，所述石蜡采用市售的熔点为-30～100℃的石蜡即可。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(8～12)：1(例如8:1、8.5:1、9:1、9.5:1、10:1、10.5:1、11:1、11.5:1或12:1)优选为10:1；在步骤(3)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量之和与所述石蜡的质量比为1：(0.2～0.8)(例如1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7或1:0.8)优选为1:0.5；在本发明中，184硅橡胶由184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂组成，即在本发明中，184硅橡胶与所述石蜡的质量比为1：(0.2～0.8)；在本发明中，优选为所述184硅橡胶与所述石蜡的质量比为1：(0.2～0.8)，本发明发现，若石蜡的含量过低了，则起不到透明调节作用；若石蜡的含量过高了，形成的PDMS聚合物网络结构无法有效锁住石蜡，导致熔化再凝固过程中非常容易析出，泄露风险大；在步骤(3)中，所述旋涂的转速为800～1500rpm(例如800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500rpm)优选为1000rpm，所述旋涂的时间为60～120s(例如60、70、80、90、100、110或120s)优选为90s；在一些优选的实施例中，在步骤(3)中，所述旋涂的转速为1000rpm，所述旋涂的时间为90s；在步骤(3)中，在中温下热固化的温度为60～100℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)优选为80℃，在中温下热固化的时间为1～8h(例如1、2、3、4、5、6、7或8h)优选为4～8h(例如4、5、6、7或8h)优选为更优选为6h；在一些优选的实施例中，在步骤(3)中，在中温下热固化的温度为80℃，在中温下热固化的时间为6h；和/或在步骤(3)中，得到的所述PDMS/石蜡透光调节薄层厚度为70～130μm(例如70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125或130μm)优选为100μm；在本发明中，所述PDMS/石蜡透光调节薄层厚度如果太小，主要影响低温状态下的不透明度；而厚度如果太大，主要影响高温状态下的透明度，选择合适的厚度可以使低温状态下的不透明度和高温状态下的透明度在一个平衡、可接受的数值，在本发明中，优选为所述PDMS/石蜡透光调节薄层厚度为70～130μm；在本发明中，优选为所述PDMS/石蜡透光调节薄层的厚度相比PDMS隔离薄层要厚，这是因为，本发明发现，厚度直接影响所述PDMS/石蜡透光调节薄层在低温状态下的不透明度和高温状态下的透明度，所述PDMS/石蜡透光调节薄层稍微厚点，在低温状态下(石蜡是凝固态)的不透明度会高些，而高温状态下(石蜡是液态)的透明度影响相对小。
根据一些优选的实施方式，在步骤(4)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(16～30)：1(例如16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、21:1、22:1、23:1、24:1、25:1、26:1、27:1、28:1、29:1或30:1)优选为20:1；在步骤(4)中，所述旋涂的转速为400～1500rpm(例如400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500rpm)优选为800rpm，所述旋涂的时间为30～90s(例如30、40、50、60、70、80或90s)优选为60s；在一些优选的实施例中，在步骤(4)中，所述旋涂的转速为800rpm，所述旋涂的时间为60s；在步骤(4)中，在低温下热固化的温度为20～50℃(例如20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃)优选为30℃，在低温下热固化的时间为12～48h(例如12、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44或48h)优选为24h；在一些优选的实施例中，在低温下热固化的温度为30℃，在低温下热固化的时间为24h；和/或在步骤(4)中，得到的所述PDMS保护薄层的厚度为40～90μm(例如40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90μm)优选为60μm。在本发明中，优选为所述PDMS保护薄层的厚度为40～90μm，若所述PDMS保护薄层太薄，一方面起不到阻隔PDMS/石蜡透光调节薄层中石蜡在高温状态下的扩散析出的作用，另一方面若所述PDMS保护薄层厚度太薄，相对而言表面平整度较差，会因为表面散射降低透光率；而若PDMS保护薄层太厚，则一方面会增大材料整体的密度，另一方面也会降低材料整体隔热性能，以及响材料整体的透光率。
根据一些更优选的实施方式，在所述PDMS隔离薄层制备时，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(2～8)：1；在所述PDMS/石蜡透光调节薄层制备时，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(8～12)：1；在所述PDMS保护薄层制备时，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(16～30)：1；即在本发明中，优选为在依次制备三种涂层时，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比依次递增，如此有利于保证得到低温下透光率更低，而高温下透光率更高的所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
根据一些优选的实施方式，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶具有如下一个或多个性质：所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光性表现为温度依赖性，当环境温度低于所述PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度时，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光率不大于10％，当环境温度高于所述PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度时，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光率不小于90％；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光/不透光临界温度可根据需要在-30～100℃的范围内高度可调；在本发明中，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光/不透光临界温度即指的是所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶中包含的PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度。所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的密度为0.1～0.3g/cm3；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的热导率(室温热导率)为0.015～0.019W/m·K；所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶在不引入保护框架的情况下的截面尺寸可达200mm(长)×200mm(宽)，在引入保护框架的情况下的截面尺寸可达600mm(长)×600mm(宽)。本发明制得的所制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的密度相对较大，强度也较大，能达到1.5MPa左右，可以直接用作二氧化硅气凝胶玻璃，当然，如果透明二氧化硅气凝胶的强度过低，也可以用作玻璃夹层材料，但是一般大范围说也可以是气凝胶玻璃；特别说明的是，当所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃夹层材料时，即所述气凝胶玻璃由两面普通玻璃和夹设在两面普通玻璃中间的由所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶制成的气凝胶玻璃夹层构成。在本发明中，PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度可能会与石蜡的熔点略有区别，这是因为石蜡与PDMS复合后，由于石蜡与PDMS间的相互作用，使得在DSC测得的相变温度会略微发生偏移。
本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料的应用；优选的是，由本发明在第一方所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料在绿色节能建筑领域、智能家居领域、高端商业展示领域、未来广告宣传领域或新一代精密电子领域中的应用。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
①往一烧杯中分别加入152g正硅酸甲酯和224g甲醇，在-20℃下利用机械搅拌5min混合均匀，得到混合溶液A；往另一烧杯中加入72g去离子水和3g浓氨水(质量分数为28％的浓氨水)，在5℃下利用机械搅拌5min，得到混合溶液B；将混合溶液B快速倒入混合溶液A中，并继续保持-20℃下搅拌1min，得到***胶；将上述接近凝胶状态的***胶注入到尺寸为8cm×5cm×2cm的四氟乙烯平板模具中于室温下反应5min形成二氧化硅湿凝胶，将二氧化硅湿凝胶先放置在室温(25℃)下进行老化15天得到结构增强的湿凝胶，然后将所述结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换(在乙醇中进行溶剂置换)和超临界二氧化碳干燥即得到透明二氧化硅气凝胶。
②称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和5g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物；将184硅橡胶混合物放置于真空干燥箱中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体；将透明二氧化硅气凝胶放在匀胶机的吸盘上，将适量的澄清透明的184硅橡胶混合物倒至透明二氧化硅气凝胶的上表面，以3000rpm的旋涂转速和15s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述透明二氧化硅气凝胶表面铺有均匀厚度的184硅橡胶混合物，然后放入160℃的烘箱中烘烤3min使其完全固化(高温下热固化)，得到表面涂布有厚度为10μm的PDMS隔离薄层的透明二氧化硅气凝胶。
③称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入16.5g熔化后的石蜡液体(熔点为30℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶/石蜡混合物；将所述184硅橡胶/石蜡混合物放置于35℃的真空干燥箱中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。将表面涂布有PDMS隔离薄层的透明二氧化硅气凝胶放在匀胶机的吸盘上(透明二氧化硅气凝胶未形成有任何薄层的下表面与匀胶机吸盘贴合)，将适量的澄清透明184硅橡胶/石蜡混合物倒至所述PDMS隔离薄层的上表面，以1000rpm的旋涂转速和90s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述PDMS隔离薄层表面铺有均匀厚度的184硅橡胶/石蜡混合物，然后放入80℃的烘箱中烘烤6h使其完全固化(中温下热固化)，得到表面涂布有厚度为100μm的PDMS/石蜡透光调节薄层和厚度为10μm的PDMS隔离薄层的二氧化硅气凝胶。
④称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和1.5g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物；将184硅橡胶混合物放置于真空干燥箱中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。将表面涂布有PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS隔离薄层的透明二氧化硅气凝胶放在匀胶机的吸盘上(透明二氧化硅气凝胶未形成有任何薄层的下表面与匀胶机吸盘贴合)，将适量的澄清透明184硅橡胶混合物倒至所述PDMS/石蜡透光调节薄层的上表面，以800rpm的旋涂转速和60s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的表面铺有均匀厚度的184硅橡胶混合物，然后放入30℃的烘箱中烘烤24h使其完全固化(低温热固化)，得到表面涂布有厚度为60μm的PDMS保护薄层、厚度为100μm的PDMS/石蜡透光调节薄层和厚度为10μm的PDMS隔离薄层的透明二氧化硅气凝胶，此即为所制备的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶(截面面积为8cm(长)×5cm(宽))。
测得本实施例制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的密度、室温导热系数、透光率随温度变化情况如表1所示；以及将本实施例制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶经过3000次升温/循环测试后其透光率随温度变化情况如表2所示；测试方法为：就是将所述二氧化硅气凝胶升温到40度后快速测定550nm处透光率，然后将所述二氧化硅气凝胶冷却到20度后快速测定550nm处透光率，此即为一个升温/循环测试，重复这样的测试3000次。
本实施例制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的差示扫描量热图，如图8所示；图8揭示了本实施例制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶发生的相变化图，低于峰值34.9℃(相变温度)时气凝胶玻璃内部的石蜡是固体，高于34.9℃时气凝胶玻璃内部的石蜡发生相变，变成液体；相变的发生是本发明制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透明度发生变化的本质原因。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，称取10g道康宁184硅橡胶的预聚物和5g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物：固化剂＝2:1)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物；在步骤②中，在高温下热固化的温度为120℃，在高温下热固化的时间为10min。
在步骤③中，称取24g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物：固化剂＝8:1，184硅橡胶与石蜡的质量比为1:0.2)，并往其中加入5.4g熔化后的石蜡液体(熔点为-30℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶/石蜡混合物；在步骤③中，在中温下热固化的温度为60℃，在中温下热固化的时间为8h。
在步骤④中，称取24g道康宁184硅橡胶的预聚物和1.5g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物：固化剂＝16:1)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物；在步骤④中，在低温下热固化的温度为20℃，在低温下热固化的时间为48h。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，称取40g道康宁184硅橡胶的预聚物和5g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物：固化剂＝8:1)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物；在步骤②中，在高温下热固化的温度为180℃，在高温下热固化的时间为1min。
在步骤③中，称取36g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物：固化剂＝12:1，184硅橡胶：石蜡＝1:0.8)，并往其中加入31.2g熔化后的石蜡液体(熔点为100℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶/石蜡混合物；将所述184硅橡胶/石蜡混合物放置于120℃的真空干燥箱中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体；在步骤③中，在中温下热固化的温度为100℃，在中温下热固化的时间为1h。
在步骤④中，称取45g道康宁184硅橡胶的预聚物和1.5g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物：固化剂＝30:1)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物；在步骤④中，在低温下热固化的温度为50℃，在低温下热固化的时间为12h。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物。
在步骤④中，称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，称取60g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物。
在步骤④中，称取18g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶混合物。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入2.64g熔化后的石蜡液体(熔点为30℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶/石蜡混合物。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入29.7g熔化后的石蜡液体(熔点为30℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶/石蜡混合物。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，在所述透明二氧化硅气凝胶的上表面上涂布厚度为5μm的PDMS隔离薄层。
在步骤③中，在所述PDMS隔离薄层的基础上涂布厚度为70μm的PDMS/石蜡透光调节薄层。
在步骤④中，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上涂布厚度为40μm的PDMS保护薄层。
实施例9
实施例9与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，在所述透明二氧化硅气凝胶的上表面上涂布厚度为30μm的PDMS隔离薄层。
在步骤③中，在所述PDMS隔离薄层的基础上涂布厚度为130μm的PDMS/石蜡透光调节薄层。
在步骤④中，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上涂布厚度为90μm的PDMS保护薄层。
实施例10
实施例10与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，在所述透明二氧化硅气凝胶的上表面上涂布厚度为40μm的PDMS隔离薄层。
在步骤③中，在所述PDMS隔离薄层的基础上涂布厚度为60μm的PDMS/石蜡透光调节薄层。
在步骤④中，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上涂布厚度为100μm的PDMS保护薄层。
实施例11
实施例11与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，在所述透明二氧化硅气凝胶的上表面上涂布厚度为3μm的PDMS隔离薄层。
在步骤③中，在所述PDMS隔离薄层的基础上涂布厚度为140μm的PDMS/石蜡透光调节薄层。
在步骤④中，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上涂布厚度为30μm的PDMS保护薄层。
对比例1
往一烧杯中分别加入152g正硅酸甲酯和224g甲醇，在-20℃下利用机械搅拌5min混合均匀，得到混合溶液A；往另一烧杯中加入72g去离子水和3g浓氨水(质量分数为28％的浓氨水)，在5℃下利用机械搅拌5min，得到混合溶液B；将混合溶液B快速倒入混合溶液A中，并继续保持-20℃下搅拌1min，得到***胶；将上述接近凝胶状态的***胶注入到尺寸为8cm×5cm×2cm的四氟乙烯平板模具中于室温下反应5min形成二氧化硅湿凝胶，将二氧化硅湿凝胶先放置在室温(25℃)下进行老化15天得到结构增强的湿凝胶，然后将所述结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换(在乙醇中进行溶剂置换)和超临界二氧化碳干燥即得到透明二氧化硅气凝胶。
对比例2
①往一烧杯中分别加入152g正硅酸甲酯和224g甲醇，在-20℃下利用机械搅拌5min混合均匀，得到混合溶液A；往另一烧杯中加入72g去离子水和3g浓氨水(质量分数为28％的浓氨水)，在5℃下利用机械搅拌5min，得到混合溶液B；将混合溶液B快速倒入混合溶液A中，并继续保持-20℃下搅拌1min，得到***胶；将上述接近凝胶状态的***胶注入到尺寸为8cm×5cm×2cm的四氟乙烯平板模具中于室温下反应5min形成二氧化硅湿凝胶，将二氧化硅湿凝胶先放置在室温(25℃)下进行老化15天得到结构增强的湿凝胶，然后将所述结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换(在乙醇中进行溶剂置换)和超临界二氧化碳干燥即得到透明二氧化硅气凝胶。
②称取30g道康宁184硅橡胶的预聚物和3g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入16.5g熔化后的石蜡液体(熔点为30℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到184硅橡胶/石蜡混合物；将所述184硅橡胶/石蜡混合物放置于35℃的真空干燥箱中进行脱气消泡10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。将所述透明二氧化硅气凝胶放在匀胶机的吸盘上，将适量的澄清透明184硅橡胶/石蜡混合物倒至所述透明二氧化硅气凝胶的上表面，以1000rpm的旋涂转速和90s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述透明二氧化硅气凝胶表面铺有均匀厚度的184硅橡胶/石蜡混合物，然后放入80℃的烘箱中烘烤6h使其完全固化(中温下热固化)，得到表面涂布有厚度为100μm的PDMS/石蜡透光调节薄层的二氧化硅气凝胶玻璃。
Figure BDA0003119429560000201
Figure BDA0003119429560000211
Figure BDA0003119429560000221
Figure BDA0003119429560000231
特别说明的是，本发明所述的透光率均指的是厚度为10mm的样品在550nm处的透光率，以550nm处透光率为指标，这是因为人眼对可见光在波长550nm处的光最为敏感。在本发明中，用透光率表示透光性，也可以表示透明性，透光率越大，说明二氧化硅气凝胶玻璃的透光性更好，透明度更高。
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，本领域的普通技术人员应当理解：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等同替换；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和范围。

Claims (10)

1.一种透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)制备透明二氧化硅气凝胶；
(2)将184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂混合均匀，得到184硅橡胶混合物，然后将所述184硅橡胶混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(1)制备的所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上并在高温下热固化，在所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上得到PDMS隔离薄层；
(3)将184硅橡胶的预聚物、184硅橡胶的固化剂和石蜡混合均匀，得到184硅橡胶/石蜡混合物，然后将所述184硅橡胶/石蜡混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(2)得到的所述PDMS隔离薄层远离所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面上并在中温下热固化，在所述PDMS隔离薄层的基础上得到PDMS/石蜡透光调节薄层；
(4)将184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂混合均匀，得到184硅橡胶混合物，然后将所述184硅橡胶混合物抽真空消泡后旋涂到步骤(3)得到的所述PDMS/石蜡透光调节薄层远离所述PDMS隔离薄层的一侧表面上并在低温下热固化，在所述PDMS/石蜡透光调节薄层的基础上得到PDMS保护薄层，从而制得从所述透明二氧化硅气凝胶的一侧表面向外依次为PDMS隔离薄层、PDMS/石蜡透光调节薄层和PDMS保护薄层的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下子步骤：
(a)将正硅酸甲酯、甲醇、水和浓氨水在-10℃～-30℃的条件下混合均匀，并在5min以内发生快速溶胶凝胶反应，得到二氧化硅湿凝胶；
(b)将步骤(a)得到的所述二氧化硅湿凝胶在室温下进行老化，得到结构增强的湿凝胶；
(c)将步骤(b)得到的结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换和超临界二氧化碳干燥的步骤，制得透明二氧化硅气凝胶。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(a)中，所述正硅酸甲酯、所述甲醇、所述水和所述浓氨水的质量比为152：(192～256)：(54～90)：(2～4)优选为152:224:72:3。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(2)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(2～8)：1优选为6:1；
在步骤(2)中，所述旋涂的转速为2000～4000rpm优选为3000rpm，所述旋涂的时间为10～40s优选为15s；
在步骤(2)中，在高温下热固化的温度为120～180℃优选为160℃，在高温下热固化的时间为1～10min优选为3min；和/或
在步骤(2)中，得到的所述PDMS隔离薄层的厚度为5～30μm优选为10μm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(3)中，所述石蜡选自碳原子数为10～60的正构烷烃、碳原子数为10～60的异构烷烃中的一种或多种，且所述石蜡的熔点为-30～100℃。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(3)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(8～12)：1优选为10:1；
在步骤(3)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量之和与所述石蜡的质量比为1：(0.2～0.8)优选为1:0.5；
在步骤(3)中，所述旋涂的转速为800～1500rpm优选为1000rpm，所述旋涂的时间为60～120s优选为90s；
在步骤(3)中，在中温下热固化的温度为60～100℃优选为80℃，在中温下热固化的时间为1～8h优选为6h；和/或
在步骤(3)中，得到的所述PDMS/石蜡透光调节薄层厚度为70～130μm优选为100μm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(4)中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(16～30)：1优选为20:1；
在步骤(4)中，所述旋涂的转速为400～1500rpm优选为800rpm，所述旋涂的时间为30～90s优选为60s；
在步骤(4)中，在低温下热固化的温度为20～50℃优选为30℃，在低温下热固化的时间为12～48h优选为24h；和/或
在步骤(4)中，得到的所述PDMS保护薄层的厚度为40～90μm优选为60μm。
8.由权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶。
9.根据权利要求8所述的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶，其特征在于，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶具有如下一个或多个性质：
所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光性表现为温度依赖性，当环境温度低于所述PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度时，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光率不大于10％，当环境温度高于所述PDMS/石蜡透光调节薄层中的石蜡的相变温度时，所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光率不小于90％；
所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的透光/不透光临界温度在-30～100℃的范围内可调；
所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的密度为0.1～0.3g/cm3；
所述透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶的热导率为0.015～0.019W/m·K。
10.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料的应用；优选的是，由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的透光性随环境温度变化的二氧化硅气凝胶作为气凝胶玻璃或气凝胶玻璃夹层材料在绿色节能建筑领域、智能家居领域、高端商业展示领域、未来广告宣传领域或新一代精密电子领域中的应用。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3065559A (en) * 1958-10-15 1962-11-27 Minnesota Mining & Mfg Decorative reflective sheeting
CN103130231A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 航天特种材料及工艺技术研究所 一种二氧化硅气凝胶材料及其制备方法
US20130251432A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Xerox Corporation Delivery apparatus
CN105676488A (zh) * 2014-12-03 2016-06-15 现代自动车株式会社 使用气凝胶的智能窗户
CN106928908A (zh) * 2017-02-19 2017-07-07 广州市芯检康生物科技有限公司 一种新型的气凝胶多功能材料及其制备方法
CN107880855A (zh) * 2017-12-27 2018-04-06 淮阴工学院 一种石蜡‑疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料及其制备方法
WO2019013793A1 (en) * 2017-07-13 2019-01-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. COATING COMPOSITION (S)
WO2020005965A1 (en) * 2018-06-25 2020-01-02 The Regents Of The University Of California Optically-transparent, thermally-insulating nanoporous coatings and monoliths
CN111250007A (zh) * 2020-01-17 2020-06-09 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种纯金属气凝胶及柔性复合材料的制备方法
CN111825984A (zh) * 2020-06-30 2020-10-27 苏州天澜生物材料科技有限公司 一种固液填充的低表面能光滑功能材料及其制备方法
CN112174144A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 航天特种材料及工艺技术研究所 一种超高透明度大尺寸块体二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3065559A (en) * 1958-10-15 1962-11-27 Minnesota Mining & Mfg Decorative reflective sheeting
GB932211A (en) * 1958-10-15 1963-07-24 Minnesota Mining & Mfg Improved decorative sheet material
CN103130231A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 航天特种材料及工艺技术研究所 一种二氧化硅气凝胶材料及其制备方法
US20130251432A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Xerox Corporation Delivery apparatus
CN105676488A (zh) * 2014-12-03 2016-06-15 现代自动车株式会社 使用气凝胶的智能窗户
CN106928908A (zh) * 2017-02-19 2017-07-07 广州市芯检康生物科技有限公司 一种新型的气凝胶多功能材料及其制备方法
WO2019013793A1 (en) * 2017-07-13 2019-01-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. COATING COMPOSITION (S)
CN107880855A (zh) * 2017-12-27 2018-04-06 淮阴工学院 一种石蜡‑疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料及其制备方法
WO2020005965A1 (en) * 2018-06-25 2020-01-02 The Regents Of The University Of California Optically-transparent, thermally-insulating nanoporous coatings and monoliths
CN111250007A (zh) * 2020-01-17 2020-06-09 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种纯金属气凝胶及柔性复合材料的制备方法
CN111825984A (zh) * 2020-06-30 2020-10-27 苏州天澜生物材料科技有限公司 一种固液填充的低表面能光滑功能材料及其制备方法
CN112174144A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 航天特种材料及工艺技术研究所 一种超高透明度大尺寸块体二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TARSHIS, I B等: "Preliminary studies on the use of sorptive dusts for the control of the human lice, Phthirus pubis (L.) and Pediculus humanus capitis De Geer.", THE AMERICAN JOURNAL OF TROPICAL MEDICINE AND HYGIENE, vol. 12, pages 91 - 95 *
ZHAO, XIAOLU等: "Fabrication of a scratch & heat resistant superhydrophobic SiO2 surface with self-cleaning and semi-transparent performance", RSC ADVANCES, vol. 8, no. 44, pages 25008 - 25013 *
张成俊等: "二氧化硅气凝胶-石蜡玻璃窗隔热特性分析", 建筑节能, vol. 47, no. 12, pages 123 - 127 *
李健等: "超低密度气凝胶的制备及应用", 化学进展, vol. 32, no. 6, pages 713 - 726 *
苟菁: "纳米水化硅酸钙改性隔热涂料的研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑, pages 018 - 7 *

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