[发明专利]一种双向快速光热响应PVA-PNIPAM/Mx

说明书

本发明涉及一种双向快速光热响应的PVA‑PNIPAM/M_xWO₃复合水凝胶及其制备方法，属于新材料合成技术及建筑节能领域。一种双向快速光热响应PVA‑PNIPAM/M_xWO₃复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶由光响应纯的或掺杂的M_xWO₃粒子与热响应PVA‑PNIPAM水凝胶构成，所述M_xWO₃粒子均匀分散于PVA‑PNIPAM水凝胶中；所述PVA‑PNIPAM水凝胶具有由PVA与PNIPAM形成的互穿型网络。本发明所述PVA‑PNIPAM/M_xWO₃复合水凝胶表现出双向快速光热响应的智能调光、调温和控温功能。

技术领域

本发明涉及一种双向快速光热响应的PVA-PNIPAM/M_xWO₃复合水凝胶及其制备方法，属于新材料合成技术及建筑节能领域。

背景技术

由于全球气候变暖，温室效应加剧，节能减排已经成为全球关注的问题。目前，每年的建筑耗能约占全球总能耗的40％～50％，而建筑耗能中一半以上被用于空调制冷和采暖，因此提高建筑隔热和太阳能利用率对于建筑节能至关重要。在建筑物的所有组成部件中，窗户通常被认为是一种能源消耗和损失的主要组件，窗户节能尤为重要。因为在炎热的夏季，普通玻璃窗会因大量的入射太阳光转化为热量导致室内温度升高，进一步导致因制冷造成的能耗增加；而在冬季，人们更喜欢有较多的太阳光射入室内，且室内外温差较大，窗口则会造成30％的能量流失。因此，能够有效调控可见光透过率和近红外遮蔽率的智能窗的研究引起了人们的极大兴趣。

由于实际应用环境不同，智能窗可以通过电致变色、光致变色、机械致变色和热致变色材料来调控太阳光，多数电致变色和机械变色智能窗通常需要辅助设备和电力消耗，而光致变色智能窗不能在极端天气下作出反应。相比之下，主动响应型智能窗更加适合于实际应用。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种相变温度接近室温的热致相变材料，具有优异的热致调光功能，将其用于智能窗领域的研究已经有所报道。然而，纯PNIPAM对红外光的调节能力较弱，不足以满足智能窗隔热节能要求。已有的研究表明，M_xWO₃(M＝Na,K,Rb,Cs,NH₄)钨青铜粒子具有优异的近红外吸收/遮蔽和透明隔热功能，特别是，具有高长径比和高自由载流子浓度的六方结构M_xWO₃纳米粒子既可通过小极化子跃迁吸收780-1100nm的近红外光，又可通过局域表面等离子体共振吸收1100～2500nm的近红外光，因而具有更加优异的近红外遮蔽能力和透明隔热功能。同时，由于其较高的光热转换能力，可以有效地将M_xWO₃纳米粒子吸收的近红外光转化为热能，去触发和驱动PNIPAM水凝胶材料发生相变，从而达到高效的智能调光和隔热节能效果。然而，对PVA-PNIPAM/M_xWO₃复合双向快速光热响应水凝胶及其智能窗的研究还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种兼具智能调光和高效隔热节能功能的PVA-PNIPAM/M_xWO₃复合双向快速光热响应智能水凝胶及其制备方法。所述PVA-PNIPAM/M_xWO₃复合智能水凝胶由光响应M_xWO₃粒子和热响应PVA-PNIPAM水凝胶构成。与传统的PNIPAM水凝胶材料相比，PVA-PNIPAM/M_xWO₃复合水凝胶不但具有优异的智能调光功能，而且具有较强的近红外遮蔽能力和隔热保温能力；而且，M_xWO₃优异的近红外吸收/光热效应能够驱动和激发PNIPAM水凝胶发生相转变，从而达到高效的双向快速光热响应智能调光功能。