[发明专利]一种超小无机纳米异质结光致变色材料、采用该材料制备的可擦重写介质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超小无机纳米异质结光致变色材料、采用该材料制备的可擦重写介质及其制备方法。所述的超小无机纳米异质结光致变色材料结构通式为：TiO_2‑x/MO₃·xH₂O，其中M＝W或Mo，x＝0～2，所述超小无机纳米异质结光致变色材料表面修饰有聚乙二醇‑聚丙二醇‑聚乙二醇三嵌段共聚物。所述的可擦重写介质采用上述超小无机纳米异质结光致变色材料制备得到。本发明制备的超小无机纳米异质结光致变色材料具有粒径小、分布窄、不易团聚、稳定性好、纯度高的特点，本发明制备的超小无机纳米异质结光致变色材料及利用该材料所制备的可擦重写介质循环性能优良，循环寿命长，在UV光的刺激下响应速度快，可灵活用于短期阅读和长期阅读。

技术领域

本发明涉及一种超小无机纳米异质结光致变色材料、采用该材料制备的可擦重写介质及其制备方法，属于智能材料领域。

背景技术

光致变色材料因其在光电器件、传感器、安全防伪、可重写纸和阳光中紫外辐射指示器等方面的重要应用而受到越来越多的关注。近几十年来，各种光致变色有机分子的研究取得了很大进展，但在实际应用中仍面临着在固体基质中变色速度慢、长时间紫外线照射易降解的缺陷；同时现有的材料存在合成过程复杂，合成前体有毒等问题。与有机光致变色材料相比，无机光致变色材料具有明显的热稳定性、化学稳定性、无毒、低成本等优点。

其中，氧化钨(WO₃)及其水合物(WO₃·xH₂O,x＝0～2)由于W⁵⁺和W⁶⁺在外界电刺激下具有良好的氧化还原反应，相比其他光致变色材料以其快速的颜色转换速度、良好的循环性和高显色效率被广泛应用于电致变色器件中。然而，传统WO₃的光致变色响应速度慢、可逆性差，其本质是在紫外光照射下电荷的分离和转移效率低。近年来，许多人致力于开发WO₃基光致变色纳米材料，以增强其光致变色性能，包括控制形状和尺寸、WO₃纳米材料与聚合物基质的杂交、WO₃纳米材料与贵金属和无机半导体的杂化等。例如Liu等人合成了一种分层结构的WO₃·0.33H₂O介孔纳米棒聚集体，实现了光致变色的效果(Liu,B.；Wang,J.；Wu,J.；Li,H.；Wang,H.；Li,Z.；Zhou,M.；Zuo,T.Proton Exchange Growth to MesoporousWO₃·0.33H₂O Structure with Highly Photochromic Sensitivity.Mater.Lett.2013,91,334-337)。Zhou等人用简单的一步水热法合成了WO₃纳米颗粒，并且以该材料为变色油墨涂于PET片上，可以在几十秒内对UV光快速响应(Zhou,Y.；Huang,A.；Ji,S.；Zhou,H.；Jin,P.；Li,R.Scalable preparation of photochromic composite foils withexcellent reversibility for light printing.Chem.Asian J.2018,13,457-462)。Khan等人用溶胶凝胶碰撞沉淀的方法制备了TiO₂和WO₃杂化材料，并进一步证实了该材料在紫外光催化方面的可行性(Khan,H.；Rigamonti,M.G.；Patience,G.S.；Boffito,D.C.SprayDried TiO₂/WO₃ Heterostructure for Photocatalytic Applications with ResidualActivity in the Dark.Appl.Catal.,B 2018,226,311-323)。但是上述文献所述WO₃基变色材料颗粒较大，导致光响应速度慢，在实际应用中容易团聚。此外，其用于W⁶⁺变为W⁵⁺的光生电子的传递速度慢，以及光生电子–空穴对的复合也降低了这些材料的光致变色速度和循环稳定性。