[发明专利]一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料及其制备方法和应用。所述方法为：在ITO导电薄膜上旋涂PDMS‑石蜡透明调节薄层；对透明调节/导电双层薄膜进行原子层沉积得到非晶阻隔层；分别对阻隔/透明调节/导电三层薄膜和透明气凝胶进行表面等离子体处理使表面富含羟基；对表面富含羟基的三层薄膜和表面富含羟基的透明气凝胶进行热压处理得到可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料。本发明制得的所述气凝胶复合材料的透光性调控是基于施加电压产生热量使石蜡发生相变实现的，可通过电致热调控的方式进行主动、快速、灵敏、安全、高效、长期地调控，在智能家居、绿色建筑、节能环保、商业展示、航空航天等领域有着广泛应用。

技术领域

本发明属于纳米多孔材料和光调控技术领域，尤其涉及一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶，是一种具有三维纳米多孔网络结构的材料。透明气凝胶，由于其特殊的光学透光性能，使得其作为一类重要的功能化气凝胶而引起了研究者的广泛关注。根据成分的不同，透明气凝胶主要包括二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛等在内的无机氧化物透明气凝胶和聚酰亚胺、壳聚糖、纳米纤维素、三聚氰胺-甲醛等在内的有机透明气凝胶，这其中由于二氧化硅气凝胶的制备工艺比较成熟，使得透明二氧化硅气凝胶及其制备方法研究更加充分，但同时其它类型的透明气凝胶也逐渐涌现出来。透明气凝胶具有高透光、轻质、高隔热等显著特点，当其作为采光玻璃用于建筑物的门窗、屋顶、幕墙等处时，比常规玻璃具有减轻建筑物重量、保温隔热、节能环保等突出优势。鉴于此，已有众多的发明专利报道了多种多样的透明气凝胶及其气凝胶玻璃的制备，例如中国专利申请CN101468798A、CN105271263A、CN108328621A、CN108623175A、CN105179879A、CN109989681A 等。

然而，目前制备的玻璃用透明气凝胶其透光性是固定的，无法根据个人需求、应用场景进行透明和不透明的切换，在不需要采光时，必须依靠窗帘或者百叶窗等进行遮光处理。在未来智能家居领域，气凝胶门窗、穹顶、幕墙玻璃，确保建筑物优异的保温隔热效果的前提下，在白天工作的情况下需要有极佳的采光效果，而在晚上休息的时候则需要优异的遮光效果，因而需要开发出新一代可调光性智能气凝胶及其玻璃，满足高端建筑玻璃、汽车玻璃、航空玻璃、显示玻璃等场景对透明可调光学功能的需求。

中国专利申请CN109126643A报道了一种自调光型透明复合气凝胶材料，夹在两层二氧化硅气凝胶胶层之间的由VO₂纳米粒子构成的光致变色层，VO₂是典型的热致变色材料，相变时，由低温单斜金红石结构变为高温四方金红石结构，在红外光区域的光学透射性能发生开-关可逆性转变。但是，该专利申请中的这种自调光型透明复合气凝胶材料具有以下明显缺点，首先，对光的透射率的变化是在红外波段，不能满足实际生活中需要在可见光波段下透光性发生变化的需求；其次，在低温下透明、在高温下不透明的趋势，与日常生活中白天(高温下)需要透光、夜晚(低温下)需要遮光的实际需求完全相反；再次，其透明/不透明的切换是依赖于环境温度变化而发生的，是一种被动的、低响应速度的、低灵敏度的方式，无法及时根据用户反馈而快速调整透光性；最后，这种策略不具备通用性，无法用于除了二氧化硅气凝胶之外的其它多种多样的透明气凝胶材料体系。

因此，亟需开发出一种针对透明气凝胶的通用透光性调控方法，使得制备出的智能气凝胶材料能主动、快速、高灵敏度、可逆地调节其在可见光波段下的透光性，在建筑、信息、电子、能源以及国防等方面都有广泛的用途。

发明内容