CN114057947B - 一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双向快速光热响应的PVA‑PNIPAM/MxWO3复合水凝胶及其制备方法，属于新材料合成技术及建筑节能领域。一种双向快速光热响应PVA‑PNIPAM/MxWO3复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶由光响应纯的或掺杂的MxWO3粒子与热响应PVA‑PNIPAM水凝胶构成，所述MxWO3粒子均匀分散于PVA‑PNIPAM水凝胶中；所述PVA‑PNIPAM水凝胶具有由PVA与PNIPAM形成的互穿型网络。本发明所述PVA‑PNIPAM/MxWO3复合水凝胶表现出双向快速光热响应的智能调光、调温和控温功能。

Description

一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种双向快速光热响应的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶及其制备方法，属于新材料合成技术及建筑节能领域。
背景技术
由于全球气候变暖，温室效应加剧，节能减排已经成为全球关注的问题。目前，每年的建筑耗能约占全球总能耗的40％～50％，而建筑耗能中一半以上被用于空调制冷和采暖，因此提高建筑隔热和太阳能利用率对于建筑节能至关重要。在建筑物的所有组成部件中，窗户通常被认为是一种能源消耗和损失的主要组件，窗户节能尤为重要。因为在炎热的夏季，普通玻璃窗会因大量的入射太阳光转化为热量导致室内温度升高，进一步导致因制冷造成的能耗增加；而在冬季，人们更喜欢有较多的太阳光射入室内，且室内外温差较大，窗口则会造成30％的能量流失。因此，能够有效调控可见光透过率和近红外遮蔽率的智能窗的研究引起了人们的极大兴趣。
由于实际应用环境不同，智能窗可以通过电致变色、光致变色、机械致变色和热致变色材料来调控太阳光，多数电致变色和机械变色智能窗通常需要辅助设备和电力消耗，而光致变色智能窗不能在极端天气下作出反应。相比之下，主动响应型智能窗更加适合于实际应用。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种相变温度接近室温的热致相变材料，具有优异的热致调光功能，将其用于智能窗领域的研究已经有所报道。然而，纯PNIPAM对红外光的调节能力较弱，不足以满足智能窗隔热节能要求。已有的研究表明，MxWO3(M＝Na,K,Rb,Cs,NH4)钨青铜粒子具有优异的近红外吸收/遮蔽和透明隔热功能，特别是，具有高长径比和高自由载流子浓度的六方结构MxWO3纳米粒子既可通过小极化子跃迁吸收780-1100nm的近红外光，又可通过局域表面等离子体共振吸收1100～2500nm的近红外光，因而具有更加优异的近红外遮蔽能力和透明隔热功能。同时，由于其较高的光热转换能力，可以有效地将MxWO3纳米粒子吸收的近红外光转化为热能，去触发和驱动PNIPAM水凝胶材料发生相变，从而达到高效的智能调光和隔热节能效果。然而，对PVA-PNIPAM/MxWO3复合双向快速光热响应水凝胶及其智能窗的研究还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种兼具智能调光和高效隔热节能功能的PVA-PNIPAM/MxWO3复合双向快速光热响应智能水凝胶及其制备方法。所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合智能水凝胶由光响应MxWO3粒子和热响应PVA-PNIPAM水凝胶构成。与传统的PNIPAM水凝胶材料相比，PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶不但具有优异的智能调光功能，而且具有较强的近红外遮蔽能力和隔热保温能力；而且，MxWO3优异的近红外吸收/光热效应能够驱动和激发PNIPAM水凝胶发生相转变，从而达到高效的双向快速光热响应智能调光功能。
一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶由光响应纯的或掺杂的MxWO3粒子与热响应PVA-PNIPAM水凝胶构成，所述MxWO3粒子均匀分散于PVA-PNIPAM水凝胶中；所述PVA-PNIPAM水凝胶具有由PVA与PNIPAM形成的互穿型网络，
其中，M为Li，Na，K，Rb，Cs以及NH4+离子中的一种，且M/W摩尔比＝0.2～0.5；或M为Li，Na，K，Rb，Cs以及NH4+离子中的两种或三种离子，当M为两种离子时，MxWO3表示为M1mM2nWO3，且(M1+M2)/W摩尔比(m+n)＝0.2～0.5；当M为三种离子时，MxWO3表示为M1xM2yM3zWO3，且(M1+M2+M3)/W摩尔比(x+y+z)＝0.2～0.5。
本发明所述MxWO3粒子中，x＝0.2～0.5。优选地，本发明所述MxWO3粒子中，x＝0.3～0.4。
优选地，所述MxWO3中，M/W摩尔比＝0.3～0.4；(M1+M2)/W摩尔比(m+n)＝0.3～0.4；(M1+M2+M3)/W摩尔比(x+y+z)＝0.3～0.4。
进一步地，所述MxWO3中M为Li,K,Cs中的一种或两种，MxWO3表示为CsxWO3,LimCsnWO3,KmCsnWO3中的一种，其中Cs/W摩尔比＝0.2～0.5，优选Cs/W摩尔比＝0.3～0.4；m+n＝0.2～0.5，优选m+n＝0.3～0.4。
优先地，所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶中掺杂的MxWO3为卤素、贵金属或变价元素掺杂的MxWO3，所述掺杂的MxWO3粒子具有近红外遮蔽、光热效应和透明隔热功能。
本发明所述纯的或掺杂的MxWO3粒子可以采用溶剂热法或固相反应法合成和制备。所述溶剂热法可以参照中国专利CN105668632B、CN105668633B、CN105502503B或CN103708558B中所述的方法制备。所述固相反应法制备MxWO3粒子的过程为：按所需比例称取氧化钨和M盐，将其混合均匀后，在缺氧条件下于450～800℃进行固相反应10～180min。其中，所述缺氧条件为氮气、氩气、氢气或N2/H2混合气氛。
优选地，所述MxWO3粒子分散液按下述方法制得：分别称取M盐和三氧化钨，混合均匀，然后将混合均匀的原料置于气氛炉中进行反应，反应温度为450～800℃，优选500～700℃，自然冷却至室温后获得MxWO3粒子，其中，所述反应气氛为氮气、氩气、氢气或N2/H2混合气氛；所述MxWO3粒子中的M为碱金属Li，Na，K，Rb，Cs以及NH4+离子中的一种或两种或三种；将上述方法制得的MxWO3粉体加入到去离子水中，在球磨机或砂磨机中进行球磨和砂磨处理，球磨转数300～1500转/min，球磨10min～5h后获得球磨液，球磨液中MxWO3的浓度为0.01～0.5/mL，在球磨液中加入浓度为5～20％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，所述球磨液与PVA水溶液的体积比为1:1～8，搅拌均匀后形成稳定的MxWO3分散液。
本发明的另一目的是提供一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶的制备方法。
一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶的制备方法，包括下述工艺步骤：首先，通过溶剂热或固相反应法制备MxWO3钨青铜粒子，并通过球磨分散获得MxWO3粒子分散液，然后通过原位聚合法合成基于互穿结构的双向快速光热响应的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶。
所述方法具体为：将N-异丙基丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到MxWO3粒子分散液中，加入PVA水溶液及去离子水，所述N-异丙基丙烯酰胺与MxWO3粒子的质量比为0.5～50:1，所述N-异丙基丙烯酰胺与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为300～3000:1，MxWO3粒子分散液与浓度为5～20％PVA水溶液的体积比为1：0.1～10，MxWO3粒子分散液与去离子水的体积比为1:0.1～50，上述混合液搅拌均匀后形成反应前驱液；在反应前驱液中加入浓度为0.005～0.1g/mL的过硫酸钾水溶液，在N2保护下聚合2～8h，聚合温度为40～100℃，聚合反应结束后冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶，其中，过硫酸钾水溶液与反应前驱液的体积比为0.01～0.1:1。
优选地，所述MxWO3粒子分散液按下述方法制得：分别称取M盐和三氧化钨，混合均匀，然后将混合均匀的原料置于气氛炉中进行反应，反应温度为450～800℃，优选500～700℃，自然冷却至室温后获得MxWO3粒子，其中，所述反应气氛为氮气、氩气、氢气或N2/H2混合气氛；所述MxWO3粒子中的M为碱金属Li，Na，K，Rb，Cs以及NH4+离子中的一种或两种或三种；将上述方法制得的MxWO3粉体加入到去离子水中，在球磨机或砂磨机中进行球磨和砂磨处理，球磨转数300～1500转/min，球磨10min～5h后获得球磨液，球磨液中MxWO3的浓度为0.01～0.5g/mL，在球磨液中加入浓度为5～20％的PVA水溶液，所述球磨液与PVA水溶液的体积比为1:1～8，搅拌均匀后形成稳定的MxWO3粒子分散液。
优选地，通过聚合反应制备的PNIPAM/MxWO3复合水凝胶进一步在-10～-40℃条件下进行冷冻10～48h，然后再在冷冻干燥机中干燥10～48h，获得类气凝胶的PVA-PNIPAM/MxWO3复合凝胶块；该类气凝胶块的PVA-PNIPAM/MxWO3复合凝胶块能够再次溶解到水中，重新获得具有一定体积的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶块，这一特点有利于复合水凝胶块的储存和运输，非常适合于规模化生产和实际应用。
本发明的又一目的是利用上述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶制备所得的智能窗。
一种双向快速光热响应的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶智能窗，将双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶灌注到夹层厚度为1mm的夹层玻璃中，获得智能窗。
本发明的有益效果为：本发明的创造性和先进性，主要表现在以下几个方面：(1)所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶表现出优异的双向快速光热调光、近红外遮蔽和保温隔热功能，在低于32℃时，复合水凝胶具有较好的透光性，而高于32℃时，复合水凝胶发生相变，能够遮蔽部分可见光和超过95％的近红外光，降温时，复合水凝胶又可发生逆相变恢复到原来的透光状态且表现出较好的隔热保温性能，因而表现出优异的智能调光和隔热保温功能；(2)所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶具有优异的稳定性和相变稳定性，所述复合水凝胶中的PVA网络能够与PNIPAM水凝胶形成互传网络结构，从而使复合水凝胶表现出优异的稳定性，不但长时间放置复合水凝胶不会变质和发生粒子下沉或分层、团聚现象，而且，相变循环数百次后仍然能够保持优异的智能调光和近红外遮蔽、隔热保温功能；(3)所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶中MxWO3粒子优异的光热效应有助于驱动PNIPAM快速相变，而PNIPAM相变过程中吸收的热量则有助于减缓MxWO3因光热效应导致的温度升高情况，因而本发明所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶具有优异的智能调光、调温和控温功能。
本发明所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶表现出双向快速光热响应的智能调光、调温和控温功能，特定条件下制备的复合水凝胶对近红外光(780～2500nm)的最大遮蔽率可达99％，同时允许部分可见光进入室内用于采光。在模拟隔热测试中，该智能窗隔热温差比普通单层玻璃窗高32℃，且由于PNIPAM水凝胶的高比热容，表现出了优异的隔热与储热保温、控温功能。
附图说明
图1(a)为对比例1和实施例1～3中所述复合水凝胶智能窗样品相变前的紫外-可见-近红外透过光谱，可以看出，随着复合水凝胶中Li0.07Cs0.28WO3粒子掺杂量的增加，复合水凝胶的近红外遮蔽性能逐渐增强。图1(b)为对比例1和实施例1～3所述复合水凝胶样品相变后的透过光谱，由图可见，相变后，复合水凝胶智能窗的可见-近红外光透过率整体下降，近红外遮蔽能力进一步增强，而且，实施例1-实施例3中所述样品的可见光(380～780nm)透过率明显高于对比例1，说明适量的Li0.07Cs0.28WO3粒子加入更有助于获得太阳光调控能力更高的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能窗，兼具光热调光功能和一定的透明采光功能。
图2为对比例1和实施例1～3所述复合水凝胶智能窗样品的隔热测试结果，图2(a)为隔热测试模拟装置，图2(b)为智能窗口表面温度T1测试曲线图，图2(c)为箱体内部温度T2测试曲线图。对比观察图2(b)和2(c)中升温曲线可发现，在同样的红外灯照射下，与空白玻璃相比，实施例1～3中随着Li0.07Cs0.28WO3粒子掺杂量增加，智能窗的外表面T1升温变快，但是箱体内部空间的温度T2却随着Li0.07Cs0.28WO3粒子掺杂量增多升温速率变慢，而且，降温速率也较慢，说明本发明所述复合水凝胶智能窗具有极好的隔热保温能力。图2(d)为智能窗口表面温度T1和箱体内部温度T2的温差曲线图，实施例3的隔热温差高达40℃左右，进一步说明本发明所述双向快速光热响应PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能窗具有极佳的隔热保温能力，在建筑节能窗领域具有很好的应用前景。
图3为一天中不同时间段对比例1和实施例1～3中所述复合水凝胶智能窗口的实物照片。(i):对比例1，(ii):实施例1，(iii):实施例2，(iv):实施例3
图4为对比例2和实施例2中所述样品多次相变后的实物照片，可以看出，对比例2中不含PVA的PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3水凝胶放置2个星期后就容易发生粒子下沉和沉积；相比之下，实施例2中的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶放置多个月和很多次相变后仍然比较均匀。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中所述测试按下述方法进行：
(1)紫外-可见-近红外透过光谱
将制备的智能窗口使用紫外-可见-近红外分光光度计(PerkinElmer Lambda950-美国)进行测试，分别测试其相变前(25℃)和相变后(50℃)的透过光谱。
(2)隔热性能测试
利用自制的隔热模拟测试装置(见图2a)，分别测试不同复合水凝胶智能窗的隔热性能，在测试过程中将智能窗镶嵌在隔热装置窗口上，采用红外灯作为模拟光源照射窗口外表面，分别测试智能窗外表面温度T1和隔热模拟箱体内部的空气温度T2。
对比例1
纯PVA-PNIPAM水凝胶的制备
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，加入到150mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液。
对上述反应前驱液除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM水凝胶。
将制得的PVA-PNIPAM水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中，即可获得PVA-PNIPAM水凝胶智能调光玻璃。
上面所制得的纯PVA-PNIPAM水凝胶的相变温度为32℃，相变前可见光透过率(550nm)为89％，1250nm处近红外遮蔽率为72％；相变后550nm可见光透过率为2.5％，1250nm处近红外遮蔽率为68％，近红外遮蔽性能一般。
此外，研究发现，当不加入LimCsnWO3粒子球磨液时，加入PVA制备的PVA-PNIPAM水凝胶和不加PVA制备的纯PNIPAM水凝胶，在稳定性方面有明显的差异，加入PVA的PVA-PNIPAM水凝胶能够形成互穿网络结构，相变后仍然是均匀的水凝胶状态；而不加PVA制备的纯PNIPAM水凝胶在相变后容易出现分层和沉积现象，说明PVA加入有利于获得均匀的水凝胶。
对比例2
PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶的制备
首先制备Li0.07Cs0.28WO3粒子，分别称取1.5739g碳酸铯、0.0892g碳酸锂、8g三氧化钨混合均匀，然后置于高温管式炉中，在H2气氛650℃下反应30min，自然冷却至室温后获得Li0.07Cs0.28WO3粒子。
取制得的Li0.07Cs0.28WO3粒子0.5g，加入7.5mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，得到Li0.07Cs0.28WO3球磨液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取3mL Li0.07Cs0.28WO3球磨液，加入到147mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中。
研究发现，不加PVA的PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶样品在多次相变后LimCsnWO3粒子发生沉积，且复合水凝胶稳定性较差。
实施例1
制备PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶
取制得的Li0.07Cs0.28WO3粒子0.5g，加入7.5mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，取球磨液3mL与9mL 10％PVA混合均匀，得到Li0.07Cs0.28WO3分散液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，7.5mL Li0.07Cs0.28WO3分散液A，加入到136.5mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中，即可获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能调光玻璃。上面所制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合凝胶的相变温度为32℃，相变前550nm可见光透过率为71％，1250nm近红外遮蔽率为72％；相变后可见光透过率为5％，1250nm近红外遮蔽率为81％。
实施例2
制备PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶
取制得的Li0.07Cs0.28WO3粒子1.0g，加入15mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，取球磨液6mL与18mL 10％PVA混合均匀，得到Li0.07Cs0.28WO3分散液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，15mL Li0.07Cs0.28WO3分散液A，加入到129mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中，即可获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能调光玻璃。
上面所制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合凝胶的相变温度为32℃，相变前550nm可见光透过率为64％，1250nm近红外遮蔽率为88％，相变后550nm可见光透过率为8.6％，近红外遮蔽率为90％。
实施例3
制备PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶
取制得的Li0.07Cs0.28WO3粒子2.0g，加入30mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，取球磨液12mL与36mL 10％PVA混合均匀，得到LimCsnWO3分散液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，30mL Li0.07Cs0.28WO3分散液A，加入到114mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中，即可获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能调光玻璃。
上面所制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合凝胶的相变温度为32℃，相变前550nm可见光透过率为54％，1250nm处近红外遮蔽率为98％；相变后550nm可见光透过率为8.6％，1250nm近红外遮蔽率为99％。
实施例4
PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合气凝胶的制备
取制得的Li0.07Cs0.28WO3粒子1.0g，加入15mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，取球磨液6mL与18mL 10％PVA混合均匀，得到Li0.07Cs0.28WO3分散液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，15mL Li0.07Cs0.28WO3分散液A，加入到129mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的复合水凝胶在-10℃的温度条件下进行冷冻24h，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到类气凝胶的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合凝胶块。
取上面所制得的复合凝胶块0.5g，加入15mL去离子水，重新溶解均匀后，重新得到PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中，即可获得PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能调光玻璃。
上面所制得的PVA-PNIPAM/Li0.07Cs0.28WO3水凝胶的相变温度为32℃，相变前可见光透过率为62％，相变后可见光透过率为15％，近红外遮蔽率为93.9％。
实施例5
PVA-PNIPAM/Cs0.35WO3复合水凝胶的制备
分别称取1.9764g碳酸铯、8g三氧化钨混合均匀，然后置于高温管式炉中，在H2气氛650℃下反应30min，自然冷却至室温后获得Cs0.35WO3粒子。
取制得的Cs0.35WO3粒子1.0g，加入15mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，取球磨液6mL与18mL 10％PVA混合均匀，得到Cs0.35WO3分散液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，15mL Cs0.35WO3分散液A，加入到129mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/Cs0.35WO3复合水凝胶。
将制得的复合水凝胶在-10℃的温度条件下进行冷冻24h，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到类气凝胶的PVA-PNIPAM/Cs0.35WO3复合凝胶块。
取上面所制得的复合凝胶块0.5g，加入15mL去离子水，重新溶解均匀后，重新得到PVA-PNIPAM/Cs0.35WO3复合水凝胶。
上面所制得的PVA-PNIPAM/Cs0.35WO3水凝胶的相变温度为32℃，相变前可见光透过率为55％，相变后可见光透过率为10％，近红外遮蔽率为92.4％。
实施例6
PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3复合水凝胶的制备
分别称取1.669g碳酸钾、1.8831g硝酸铯、8g三氧化钨混合均匀，然后置于高温管式炉中，在H2气氛650℃下反应30min，自然冷却至室温后获得K0.07Cs0.28WO3粒子。
取制得的K0.07Cs0.28WO3粒子1.0g，加入15mL去离子水，在600r/min的速度下球磨4h，取球磨液6mL与18mL 10％PVA混合均匀，得到K0.07Cs0.28WO3分散液A。
分别称取2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、2.5mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，量取10％PVA水溶液6mL，15mL K0.07Cs0.28WO3分散液A，加入到129mL去离子水中，在室温下磁力搅拌30min形成反应前驱液B。
对反应前驱液B除氧10min后，加入过硫酸钾(KPS)水溶液6mL(0.01g/mL)，在N2保护60℃下聚合4h，反应结束后取出样品，冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的复合水凝胶在-10℃的温度条件下进行冷冻24h，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥24h得到类气凝胶的PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3复合凝胶块。
取上面所制得的复合凝胶块0.5g，加入到15mL去离子水中，重新溶解均匀后，重新获得PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3复合水凝胶。
将制得的PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3复合水凝胶注入夹层厚度为1mm、大小为150mm×150mm的普通玻璃夹层中，即可获得PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3复合水凝胶智能调光玻璃。
上面所制得的PVA-PNIPAM/K0.07Cs0.28WO3水凝胶的相变温度为32℃，相变前可见光透过率为57％，相变后可见光透过率为11％，近红外遮蔽率为93.0％。

Claims (3)

1.一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶由光响应Li0.07Cs0.28WO3粒子与热响应PVA-PNIPAM水凝胶构成，所述Li0.07Cs0.28WO3粒子均匀分散于PVA-PNIPAM水凝胶中；所述PVA-PNIPAM水凝胶具有由PVA与PNIPAM形成的互穿型网络，
所述PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶按下述方法制得：将N-异丙基丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到Li0.07Cs0.28WO3粒子分散液中，加入浓度为5～20％PVA水溶液及去离子水，所述N-异丙基丙烯酰胺与Li0.07Cs0.28WO3粒子的质量比为0.5～50:1，N-异丙基丙烯酰胺与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为300～3000:1，MxWO3粒子分散液与PVA水溶液的体积比为1：0.1～10，Li0.07Cs0.28WO3粒子分散液与去离子水的体积比为1:0.1～50，上述混合液搅拌均匀后形成反应前驱液；在反应前驱液中加入浓度为0.005～0.1g/mL的过硫酸钾水溶液，在N2保护下聚合2～8h，聚合温度为40～100℃，聚合反应结束后冷却至室温，获得PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶，其中，过硫酸钾水溶液与反应前驱液的体积比为0.01～0.1:1。
2.根据权利要求1所述的双向快速光热响应PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶，其特征在于：通过聚合反应制备的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶进一步在-10～-40℃条件下进行冷冻10～48h，然后再在冷冻干燥机中干燥10～48h，获得类气凝胶的PVA-PNIPAM/MxWO3复合凝胶块；该类气凝胶的PVA-PNIPAM/MxWO3复合凝胶块能够再次溶解到水中，重新获得具有一定体积的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶块。
3.一种双向快速光热响应的PVA-PNIPAM/MxWO3复合水凝胶智能窗，其特征在于：将权利要求1所述水凝胶灌注到夹层厚度为1mm的夹层玻璃中，获得智能窗。
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CN115433309B (zh) * 2022-09-06 2024-05-03 郑州大学 一种用于节能窗的液体复合夹层材料及其制备方法
CN115873437A (zh) * 2022-12-15 2023-03-31 江南大学 一种隔热紫外屏蔽相变材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1946478A (zh) * 2004-02-27 2007-04-11 阿部富士男 湿度调节剂以及使用该湿度调节剂调节湿度的方法
CN110229286A (zh) * 2019-05-10 2019-09-13 台州学院 一种利用粘度差一步制备不对称结构水凝胶的方法及其产品和应用
CN112011069A (zh) * 2020-09-09 2020-12-01 哈尔滨工业大学 纳米填料/pnipam复合水凝胶及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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印协世.《钨丝生产原理、工艺及其性能》.冶金工业出版社,1998,第第1次印刷卷(第第1版版),424-426. *

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