[发明专利]可阻断紫外线的光致变色纳米材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供通式为M_aO_bX_c的可阻断紫外线的光致变色纳米材料及其制备方法和用途，其中M、O和X以及a、b和c如本文中所定义。所述纳米材料可以通过以下方法制备：将含M的阳离子源化合物、多元醇、表面活性剂和第一溶剂的混合物在搅拌下加热得到热的第一溶液；将含X的阴离子源化合物与第二溶剂混合得到第二溶液；将第二溶液注入第一溶液以进行反应，得到反应混合物；对该反应混合物进行后处理。本发明纳米材料可阻断80％以上的紫外线，尤其在强光照射时可变为透明暗色，降低透过率；在无强光照射时又可以恢复无色透明状态。此外，本发明具有工艺流程简单、成本低廉、产量大、适合于工业生产等特点。

技术领域

本发明涉及光致变色材料领域，具体涉及可阻断紫外线的光致变色纳米材料及其制备方法和用途。

背景技术

光致变色指某些化合物材料在一定的波长和强度的光照射作用下发生一定的化学反应，导致化合物结构发生变化，引起化合物颜色改变，撤除光照或再经另一波长和强度的光照射之后，颜色恢复或发生新的变化。自上世纪50年代，Hirshberg等人报道了关于光致变色应用于光记录存储的可能性之后，各种新型光致变色材料的性能及其应用得到了系统的研究，广泛应用于建筑物窗玻璃、变色眼镜镜片、交通工具窗玻璃、信息存储材料、装饰材料、感光材料等领域。

光致变色材料的研究主要集中于两大类，即有机光致变色材料和无机光致变色材料。但是，有机光致变色材料存在热稳定性差、易老化、耐候性弱等问题，限制了其实际应用。无机光致变色材料以其许多优于有机光致变色材料的优良特性而备受关注。目前为止，无机光致变色材料的研究主要集中于过渡元素氧化物(如MoO₃、TiO₂、Nb₂O₅、WO₃、Ta₂O_s、BeO等)、金属卤化物(如CuCl₂、CdCl₂、AgX等)、多金属氧酸盐和稀土配合物等。虽然部分材料体系已经相对成熟，但是存在诸如较高的原材料成本和复杂的加工技术等问题，限制了其大规模商业应用。同时，现有的诸多光致变色材料只能降低光的透过率，而不能阻断太阳光中对人体影响最大的紫外线。

CN1796321A公开了一种可作为玻璃添加剂的材料Nd₂O₃0.05-1.00mol％，并用该添加剂制备光致变色玻璃。文献(Physical Chemistry Chemical Physics,2002(4):1637-1639.)报道了利用旋涂法制备WO₃薄膜，并在WO₃薄膜的表面采用真空蒸发的方法沉积纳米Au粒子，制备Au/WO₃复合光致变色薄膜材料。文献(Nature Materials,2003(2):29-31.)报道了将Ag粒子沉积在TiO₂薄膜上制备光致变色材料。然而，这些技术工艺使用价格昂贵的Ag、Au、Nb等价格昂贵的原材料，无法满足工业生产对生产成本的要求。

此外，文献(人工晶体学报，2014，43(12)，3113-3117.)报道了光致变色WO₃-TiO₂-ZnO溶胶的制备方法，需首先分别制备WO₃、TiO₂和ZnO溶胶，然后将三者按一定比例混合制得；需要用500W汞灯照射才可变色，同时无光照后恢复无色的时间需要6h，变色效率较低，并且上述技术操作繁琐。同样，文献(Technical Physics Letters,2009,35(10):909-911.)报道了在CuCl薄膜上利用WO₃蒸汽沉积，制备了CuCl-WO₃双层结构的复合薄膜材料，利用WO₃能光解水分子等含氢原子的分子的性质，放出氢原子，氢原子接触CuCl表面后，触发CuCl呈现光致变色特性，该反应机制过程复杂，变色效率较低，并且制备技术较为苛刻。