[发明专利]纳米复合体相光敏变色材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光敏变色材料技术领域，具体涉及聚氨酯纳米复合体相光敏变色材料及制备方法。

背景技术

光敏材料是一种功能性智能材料，它能随着外界光的变化而发生颜色变化，广泛应用于信息显示、数据存储、光开关、传感器等高新技术领域，另外光敏材料在服装、塑料、涂料、油墨等领域的应用也很广，市场上涌现出的变色服装、变色涂料、变色油墨展示了光致变色材料的神奇功效。此外，光敏变色材料在自显影感光胶片和全息摄影材料、防伪识别技术、军事隐蔽伪装材料等领域的应用也日益增多，市场前景可期。例如：国内在高密度光学信息存储研究方面，设计合成了一种具有良好开环体热稳定性的新型螺噁嗪分子SOFC，用于基于双光子技术的多层三维高密度光学信息存储，表现出很强的应用前景；在“光化学基因识别材料的应用研究”、“光致变色防伪识别材料研制”等方面也取得了重要成果；在二苯并噻二唑为六元环烯桥上，实现了溶液及晶体的高双稳态、荧光开关效应，突破了传统六元环烯桥闭环体不稳定偏见，使闭环体成功分离。美国在聚氨酯分子中嵌入高活性的丁二炔链段，形成具有自由电子的共轭结构，改变了整个材料的颜色和光强度。美国Solar Active国际公司在纤维中掺入变色染料和改变纤维的表面涂层材料，使纤维的颜色能够实现自动控制。近年来，许多研究者开发了偶氮类、二芳基乙烯、螺吡喃-螺噁嗪型等有机变色材料和多金属氧酸盐、过渡金属氧化物、金属卤化物等无机变色材料，还有采用气相镀膜或溶胶化学涂布等方法来开发聚氨酯光敏变色材料的。

目前在变色材料的研究中，有机变色材料在低成本、易进行分子设计、色彩丰富和变色效率等方面具有优势，但在热稳定性和耐疲劳性方面略显不足。而无机变色材料存在着变色单一，表面修饰难和变色响应时间慢等缺点，但无机变色材料耐疲劳性和热稳定性较好。因此如何将有机和无机两种材料的优点结合，形成一种有机——无机杂化复合材料是今后光敏变色技术研究的方向之一。另外，由于变色化合物大多是在分子状态下进行的，如何实现与高分子材料上的结合和应用也是今后研究的重点。无机光敏变色材料在太阳光和紫外光照射下，颜色变化大都只能从无色逐渐变深，其变化大致从无色有色这一过程，变化色彩比较单一，难以实现红橙黄绿青蓝紫全面变色或者按照设计色谱系来进行调整，例如：WO₃、MoO₃、ZnS、NiO等过渡金属氧化物的变色特性，其中研究最多是WO₃/ZnO薄膜变色，但把WO₃/ZnO应用到聚氨酯等高分子材料中制成的变色薄膜或者变色纤维目前还未见报道。另外，WO₃/ZnO薄膜在紫外光照射下变色效率虽然有较大提高，但在太阳光下变色过程还是较慢，变色效果差，导致整个变色效率低。国外学者利用溶胶——凝胶法制备Ag/ZnS复合薄膜，在单色可见光照射下，薄膜颜色变为与激发光颜色相近的颜色，而紫外光激发又能促使二氧化钛的价带电子跃迁到导带，将Ag⁺还原为Ag纳米颗粒，使变色的薄膜恢复为原色，但这种材料在正常日光(太阳光)下的变色效率较差，因此开发能使变色响应波长移到可见光区即在正常日光下的高性能光敏变色材料显得更有现实意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种纳米复合体相光致变色材料及制备方法，该纳米复合体相光敏变色材料为聚氨酯光敏变色体系混合物，该混合物内至少包含WO₃、ZnO、ZnS三种核壳结构过渡金属氧化物、硫化物纳米粒子。该变色材料不仅可在紫外光辐射下变色，而且可以在可见光下变色，变色过程具有颜色变化时间短、响应灵敏度高、循环寿命长、色彩变化丰富等优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种纳米复合体相光敏变色材料，该材料包括聚氨酯以及核壳结构WO₃、ZnO和ZnS纳米材料；其中，该纳米材料的内核为WO₃、ZnO或ZnS纳米粒子，粒径为10-50nm；外壳为表面修饰剂或称表面改性剂，厚度为3-10nm。

如上所述的纳米复合体相光敏变色材料，优选地，所述核壳结构WO₃、ZnO和ZnS纳米材料占所述纳米复合体相光敏变色材料总重量的0.5％～6％；该核壳结构WO₃、ZnO和ZnS纳米材料的重量比为(100～30)∶(30～10)∶(100～10)。