[发明专利]具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法。本发明柔性光子晶体材料由PET‑ITO薄膜、温度/电压变色光子晶体薄膜、PET‑ITO薄膜构成；制备步骤包括：合成单分散核壳聚合物微球的乳液，经干燥得到微球固体，再与温敏颜料、电致变色材料、分散介质共混，通过剪切诱导规整使复合膜产生鲜艳的结构色；光子晶体微球结构包括交联硬核层、中间连接层和软质外壳层；温敏颜料为微胶囊颗粒；电致变色材料是有机变色分子和/或无机变色材料；本发明薄膜在不同温度和电压下会产生不同变色效果，在不同温度下有多种颜色变化；外加电压后薄膜透过率会发生变化；适用于下一代智能变色窗材料。

技术领域

本发明属于智能响应材料技术领域，具体涉及一种具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法。

背景技术

光子晶体材料是一种具有周期性排列折射率的介电材料，其可对光的传播进行调控，即选择性地反射或透过特定波长的光，而被应用于多个光学材料领域，如透镜的反射涂层、波导管、反光镜、显示器等（Chemical Communications, 2018, 54, 3057-3060）。

光子晶体的颜色可以通过改变外界的环境智能地进行颜色调控，因此，研究者们开发了一系列机械力、温度、溶剂、湿度和光响应光子晶体材料。

其中，温敏和电致变色光子晶体依据其对温度，电场响应机理不同，可以大体分为两类:第一种光子晶体的颜色改变基于布拉格公式:𝜆 = 2𝑛d𝑠𝑖𝑛𝜃(AngewandteChemieInternational Edition, 2014, 53(13):3318-3335)。通过温度变化可以改变光子晶体的晶格间距(d)，从而调控光子晶体所反射的颜色(Science, 1996,274,959–963)。同样地，通过外加电场也可以改变晶格间距，得到不同结构色的光子晶体（Advanced functionalmaterials, 2017, 28(43):1804628-1804628）；另一种光子晶体颜色变化是基于色素色的改变，通过一系列温敏，电场响应变色材料与光子晶体复合得到响应性光子晶体膜(Small,2020, 16(34):2002319)。

目前尚无报道同时具有温度、电场响应的光子晶体膜。同时现有的温敏光子晶体，还存在着制备方法复杂，难以大面积制备等缺点。综上，本领域急需开发一种低成本、柔性、大面积并同时具有温敏和电致变色的光子晶体材料，该材料可以用于制备下一代智能窗。该智能窗可以对环境温度进行响应，在不同温度下展示不同颜色，作为室内情绪调节器；同时施加外加电压后，智能窗的透射率发生下降，透明度降低，为室内人员提供隐私。

发明内容

针对目前温度和电压响应光子晶体材料领域的现存技术的不足，本发明的目的在于提供一种对环境温度快速响应、施加电压后能够快速变色，降低透射率的新一代智能窗材料--具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料及其制备方法。

本发明提供的具有温度/电压响应变色的柔性光子晶体材料，是由三层薄膜材料组成的复合材料，这三层薄膜材料依次为聚对苯二甲酸乙二醇酯-氧化铟锡(PET-ITO)薄膜层、温敏/电压多响应光子晶薄膜层和聚对苯二甲酸乙二醇酯-氧化铟锡薄膜层；其中:

所述温敏/电压多响应光子晶体薄膜层，是将温敏微胶囊、电致变色材料和分散介质与聚合物微球共混得到高粘度浆糊状固体，通过对高粘度浆糊状固体实施剪切诱导规整加工技术使聚合物微球和温敏微胶囊规整排列，从而形成三维蛋白石光子晶体结构，其中电致变色材料均匀分散其中。可以通过调整聚合物微球构筑单元的粒径和混合不同颜色变化的温敏微胶囊，电致变色材料产生不同的色素色和结构色的叠加效应，从而使温敏、电压多响应变色光子晶体薄膜在不同温度、电压下具有不同的颜色和亮度变化效果。

本发明中，所述聚合物微球是一种硬核软壳微球，包括具有高玻璃化转变温度的交联硬核层、具有低玻璃化转变温度的软壳层以及连接核层和壳层的中间层；该层级结构微球通过逐步乳液聚合的方法制备得到。这里，所述高玻璃化转变温度、低玻璃化转变温度，是两者相对而言的。