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CN115353701B - 一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法和应用 - Google Patents

一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法和应用 Download PDF

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CN115353701B CN202210782758.XA CN202210782758A CN115353701B CN 115353701 B CN115353701 B CN 115353701B CN 202210782758 A CN202210782758 A CN 202210782758A CN 115353701 B CN115353701 B CN 115353701B
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Abstract

本发明提供一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法和应用，包括载体、光致变色无机纳米粒子，也可包括催化剂，光致变色无机纳米粒子吸收太阳光后从氧化态转换为还原态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由浅变深，光致变色无机纳米粒子在无法吸收太阳光时从还原态转换为为氧化态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由深变浅直至达到无色状态；催化剂影响智能窗箔对光照的自适应性的敏感程度。本发明通过涂布的方法制备，适合大面积生产，本发明在无色的氧化态和着色的还原态都是透明的，可贴在已有的窗玻璃上，无需更换现有的窗户，使用方便，具有柔性，自支撑，成本较低，无散射，更节能环保等优点，应用前景广泛。

Description

一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及层状产品技术领域，具体涉及一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法和应用。
背景技术
随着环保和节能日益受到重视，能源合理利用的呼声越来越大，同时节能产品的研制和开发取得较大进展。在这种背景下，80年代前期C.M.Lampert和C.G.Granqvist等人首先提出将电致变色材料应用于建筑物、汽车、飞机等的节能采光系统中，形成能动态调节太阳辐射能透过率的"智能窗"(Smartwindow)。近年来，智能窗的研究及应用一直是研究的热点。
目前基于三氧化钨或聚合物分散液晶的电致变色智能窗得到广泛应用，但是其器件结构复杂，生产成本较高，而且需要复杂的电路装置，需要额外的能源消耗，同时会造成一定的安全隐患。
因此基于环境的温度或者光强改变而调控其透过率的被动式热致变色或者光致变色智能窗得到广泛关注。光致变色智能窗目前主要基于有机光致变色染料，其存在稳定性差和耐疲劳性差的问题。而光致变色的无机纳米粒子则表现出很好的稳定性和耐疲劳性。在无机光致变色材料中最具代表性的是三氧化钨。然而无机光致变色智能窗的制备方法需要高温烧结工艺限制其在刚性基材使用，或者是需要昂贵的高真空磁控溅射设备在柔性基材上，增加制造成本，或是智能窗的使用需要更换原来已有的普通窗户，操作复杂且成本较高等，严重阻碍智能窗材料的发展。除此之外，光致变色的智能窗在不同透过率之间的切换速率较慢也是亟待解决的问题。
因此，开发一种基于无机光致变色纳米粒子的可自适应光照强度的智能窗箔，以克服上述问题，便显得十分重要。
发明内容
本发明是为了解决光致变色的成本和效率问题，提供一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法和应用，在使用该智能窗箔时，无需更换原有窗户，直接贴附于普通窗户表面使用即可，操作更加简便，无外加能量消耗，且具有柔性、可自支撑，成本低，无散射等特点；该制备方法工艺简单，省去了传统制备工艺中采用高温烧结或高真空磁控溅射等方式，拓宽了使用范围，降低了制造成本；可自适应光照强度的智能窗箔在调节太阳光透过率方面的应用。
本发明提供一种可自适应光照强度的智能窗箔，包括载体和光致变色无机纳米粒子；
载体用于使光致变色无机纳米粒子均匀分布；
光致变色无机纳米粒子具有氧化态和还原态，氧化态为无色状态，还原态为着色状态，光致变色无机纳米粒子用于吸收太阳光后从氧化态转换为还原态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由浅变深，光致变色无机纳米粒子用于在无法吸收太阳光时从还原态转换为为氧化态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由深变浅直至达到无色状态。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔，作为优选方式，智能窗箔的组分还包括催化剂，催化剂用于调节光致变色无机纳米粒子从还原态转换为氧化态的转换速率。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔，作为优选方式，光致变色无机纳米粒子为宽带隙半导体材料；
光致变色无机纳米粒子为以下任意一种：二氧化钛，三氧化钨和三氧化钼；
载体的材料为聚合物，聚合物为无色透明状；
智能窗箔为透明的片状结构。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔，作为优选方式，光致变色无机纳米粒子的粒径为2～10nm，光致变色无机纳米粒子与聚合物的重量比为5～10％，光致变色无机纳米粒子的光吸收波段为250～400nm；
载体为以下任意一种：聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯和聚苯乙烯；
智能窗箔的厚度为20～60μm。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔，作为优选方式，催化剂为以下任意一种：铂，氯化铜和氯化铬，催化剂与光致变色无机纳米粒子的重量比为0～10％。
本发明提供一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备溶胶：将光致变色无机纳米粒子的前驱体溶解于第一溶剂中，搅拌后得到溶胶；
S2、制备固溶胶：将溶胶加入到含有聚合物的第二溶剂中，光致变色无机纳米粒子在第一溶剂中的溶解度大于在聚合物中的溶解度，通过溶液过饱和的方法使光致变色无机纳米粒子分散在聚合物中得到固溶胶；
S3、制备智能窗箔：使用涂布的方法将固溶胶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干、脱模后得到可自适应光照强度的智能窗箔。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，作为优选方式，步骤S1中，第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，光致变色无机纳米粒子在溶胶中的浓度为0.1～0.3g/mL，搅拌时间为1～3h；
步骤S2中，第二溶剂为二氯乙烷，聚合物在第二溶剂中的浓度为：0.2～0.6g/mL；
步骤S3中，烘干的温度为40～70℃，烘干的时间为1～4h。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，作为优选方式，包括以下步骤：
S1、制备溶胶：将光致变色无机纳米粒子的前驱体和催化剂溶解于第一溶剂中，搅拌后得到溶胶；
S2、制备固溶胶：将溶胶加入到含有聚合物的第二溶剂中，光致变色无机纳米粒子在第一溶剂中的溶解度大于在聚合物中的溶解度，通过溶液过饱和的方法使光致变色无机纳米粒子分散在聚合物中得到固溶胶；
S3、制备智能窗箔：使用涂布的方法将固溶胶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干、脱模后得到可自适应光照强度的智能窗箔。
本发明所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，作为优选方式，第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，光致变色无机纳米粒子在溶胶中的浓度为0.1～0.3g/mL，催化剂在溶胶中的浓度为0.02～0.03g/mL，搅拌时间为1～3h；
步骤S2中，第二溶剂为二氯乙烷，聚合物在第二溶剂中的浓度为：0.2～0.6g/mL；
步骤S3中，烘干的温度为40～70℃，烘干的时间为1～4h。
本发明一种可自适应光照强度的智能窗箔的应用，智能窗箔用于调节太阳光的透过率。
本发明一种可自适应光照强度的智能窗箔，包括聚合物，光致变色无机纳米粒子和催化剂；
聚合物包括但不限于无色透明的聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯等；
优选地，聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯；
光致变色无机纳米粒子包括但不限于二氧化钛，三氧化钨，三氧化钼等；
优选地，光致变色无机纳米粒子为三氧化钨；
催化剂包括但不限于铂，氯化铜，氯化铬等；
优选地，催化剂为氯化铜；
优选地，三氧化钨与聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为5wt％～10wt％；
优选地，氯化铜与三氧化钨的重量比为0wt％～10wt％；
三氧化钨的吸收波段为250～400nm；
可自适应光照强度的智能窗箔的厚度为20μm～60μm。
本发明提供一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，包括如下步骤：将光致变色无机纳米粒子的前驱体溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌形成溶胶，再将溶胶加入到含透明聚合物的溶液中，搅拌，利用涂布得可自适应光照强度的智能窗箔；
光致变色无机纳米粒子的前驱体为氯化物；优选地，溶胶中氯化钨的浓度为0.1～0.3g/mL；优选地，含聚甲基丙烯酸甲酯的溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为0.2～0.6g/mL；
搅拌时间为1～3h，烘干温度为40～70℃，烘干时间为1～2h。
本发明提供一种可自适应光照强度的智能窗箔在调节太阳光透过率方面的应用。
本发明的第一个目的在于提供一种可自适应光照强度的智能窗箔。在使用该智能窗箔时，无需更换原有窗户，直接贴附于普通窗户表面使用即可，操作更加简便，无外加能量消耗，且具有柔性、可自支撑，成本低，无散射等特点。
本发明的第二个目的在于提供一种制备如上可自适应光照强度的智能窗箔的方法。该制备方法工艺简单，省去了传统制备工艺中采用高温烧结或高真空磁控溅射等方式，拓宽了使用范围，降低了制造成本。
本发明的第三个目的在于提供一种利用如上可自适应光照强度的智能窗箔在调节太阳光透过率方面的应用。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种可自适应光照强度的智能窗箔，包括聚合物，无机光致变色纳米粒子和催化剂。
在本发明中，无机光致变色纳米粒子的添加可以实现自适应光照强度调节的目的，透明度会随光照强度而变化，当光照较强时，透明度降低，光线透过减少，待光强降低后，透明度逐渐恢复，而聚合物作为智能窗箔的主成分，起到分散光致变色材料的效果，避免了因分散不均而聚集引发的局部对光的散射现象，因此在二者的共同作用下，智能窗箔实现了较好的自适应光照强度的效果。
本发明提供的光致变色材料包括无色态和着色态两种不同的状态，在不同光照强度下，光致变色材料可呈现不同状态。以三氧化钨为例，当三氧化钨呈氧化态时，由于其宽带隙半导体材料特性，其对于光的吸收在紫外光波段，在可见光波段无吸收，使智能窗箔呈透明状态。当氧化态的三氧化钨吸收紫外光后，生成一对电子和空穴，电子重新注入三氧化钨内部，被氧空位捕获，生成还原态的W5+，空穴被空气中的水捕获生成O2和H+，H+嵌入到三氧化钨晶格中，形成HWO3，即还原态的三氧化钨，还原态的三氧化钨由于氧空位捕获电子形成F色心，及大量自由电子的散射，会对可见光和红外光具有强烈的吸收，使智能窗箔呈着色状态。当还原态的三氧化钨停止被紫外光照射时，空气中的氧气会缓慢氧化还原态的三氧化钨，使其从W5+回到W6+，对应的H+从三氧化钨晶格中脱出，生成WO3和水，即发生光致变色反应的逆反应，智能窗箔从着色态恢复到透明态。
在本发明中，所述无机光致变色材料为纳米级，其粒径为2～10nm。
进一步，所述无机光致变色材料与聚合物的重量比为5wt％～10wt％。
进一步，所述催化剂与无机光致变色材料的重量比为0wt％～10wt％。
为了更好地实现智能窗箔的适应光照强度的效果，发明人通过大量实验筛选出与无机光致变色材料相配合的催化剂，催化剂的添加主要是影响光致变色材料从着色态到无色态的恢复速率，进而影响智能窗箔对光照的自适应性的敏感程度，提高光照的自适应性的敏感度，缩短变色后的恢复时间。当未添加催化剂时，需要空气中的氧气缓慢氧化实现智能窗箔的褪色，而当催化剂引入后，可以促进褪色过程的进行，加速光致变色材料的恢复过程。但是本领域技术人员可以理解的是，智能窗箔的变色过程与褪色过程是呈竞争关系的，加入催化剂后虽然可以缩短变色后的恢复速率，但会使变色速率有所下降，当然，本领域技术人员可以根据需要，选择催化剂的添加与否。
当体系中存在催化剂时，以氯化铜为例，在光致变色反应过程中，所生成的光电子一部分被三氧化钨的氧空位捕获，一部分被Cu2+吸收生成Cu+，Cu+是不稳定的中间价态，更容易被空气中的氧气氧化生成Cu2+，而Cu2+会吸收被三氧化钨氧空位捕获的电子，促进褪色过程的进行。
具体的说，当三氧化钨吸收紫外光后，W6+被还原成W5+，Cu2+被还原成Cu+，而在光强变弱后，Cu+和W5+被氧化回到Cu2+和W6+状态，使智能窗箔可以快速从着色的还原态重新恢复无色的氧化态。在一些优选的实施例中，所述氯化铜与三氧化钨的重量比为0wt％～10wt％。进一步优选地，所述碘化锂与三氧化钨的重量比包括但不限于4wt％，5wt％，6wt％等。
并且，光致变色纳米材料的掺杂量会影响智能窗箔的初始透明度及变色效果。以三氧化钨和聚甲基丙烯酸甲酯为例，当三氧化钨与聚甲基丙烯酸甲酯的重量比超过10wt％时，会在成型的智能窗箔中发生明显的聚集，导致整个膜的透明度与均匀度降低。当三氧化钨与聚甲基丙烯酸甲酯的重量比小于2wt％时，紫外光照几乎无光致变色效果。在一些优选的实施例中，所述三氧化钨与聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为5wt％～10wt％。进一步优选地，所述三氧化钨与聚甲基丙烯酸甲酯的重量比包括但不限于7.5wt％等。
进一步，所述三氧化钨的纳米粒子的吸收波段为250～400nm。
智能窗箔的厚度与溶液浓度和涂布过程中的液膜厚度有关，为了保证智能窗箔良好的实用性和制作成本，设定该智能窗箔的厚度为20μm～40μm。
为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种制备如上可自适应光照强度的智能窗箔制备方法，包括如下步骤：
将光致变色无机纳米粒子的前驱体溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌形成溶胶，再将溶胶加入到含聚合物的二氯乙烷溶液中，搅拌均匀后，利用涂布的方法将溶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干后脱模得可自适应光照强度的智能窗箔。
光致变色无机纳米粒子的形成直接影响到可自适应光照强度的智能窗箔的性能，传统的纳米粒子的制备工艺例如水热法、球磨法，在本发明制备智能窗箔中并不适用，一方面这些工艺耗能高，操作复杂，具有一定危险性，另一方面，所制备的光致变色无机纳米粒子粒径大，变色效果不明显，且与聚合物基质的相容性差，在聚合物中容易发生聚集，更重要的是，本发明不仅仅是为了制备光致变色无机纳米粒子，更是需要一种在智能窗箔制备体系下可形成光致变色无机纳米粒子的方法，以此克服无法制备出符合要求的智能窗箔的问题，即仅将光致变色无机纳米粒子和聚合物直接混合无法得到透明且柔性的智能窗箔，以及无法仅在光强改变下实现智能窗箔自动地由无色透明到着色的变化的问题。采用溶液过饱和的方法可以使前驱体氯化物在智能窗箔制备体系中转化为光致变色无机纳米粒子，并很好的分散在聚合物中形成固溶胶，实现从有机溶胶过渡成聚合物固溶胶的转变，这样不仅减少制备过程，降低了成本，且避免了纳米粒子过大或聚集引起对光的散射现象，最重要的是具有很好的光致变色效果。
所述的溶液过饱和法是指利用同一种物质在不同溶剂中的溶解度相差悬殊制备溶胶的方法。本发明中的光致变色无机纳米粒子的前驱体氯化物可以很好地溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，而在聚合物中溶解度较差，在烘干溶剂后，即可获得均匀分散的光致变色无机纳米粒子-聚合物固溶胶。
在一个具体的实施方式中，选用氯化钨作为三氧化钨的前驱体；选用氯化铜作为催化剂；优选地，所述溶胶中氯化钨的浓度为0.1～0.3g/mL，氯化铜的浓度为0.02～0.03g/mL；优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为0.2～0.6g/mL。
进一步，所述搅拌的时间为1～3h。
进一步，所述烘干温度为50～70℃；所述烘干温度为1～4h。在烘干温度的选择上，主要考虑溶剂的挥发速率，因为在利用溶液过饱和法制备固溶胶智能窗箔的过程中，溶剂的快速挥发是影响智能窗箔透明度的关键，溶剂蒸发的时间过长，会导致成膜过程中纳米粒子有更大的概率碰撞，聚集，最终导致智能窗箔对光的散射；但是如果挥发速率过快，会在脱除溶剂时智能窗箔上形成挥发的气孔，这也会导致智能窗箔对光的散射，影响智能窗箔的透过率，因此控制烘干温度在50～70℃，以保证烘干过程在1～4h内完成，在具体实施方式中，设定的烘干温度为60℃，烘干时间为1h。
为达到上述第三个目的，本发明公开一种利用如上可自适应光照强度的智能窗箔在调节太阳光透过率方面的应用。
当有强太阳光或太阳光模拟器的光照射本发明提供的可自适应光照强度的智能窗箔时，智能窗箔的透明度降低，光线透过减少。具体来说，当三氧化钨被太阳光模拟器(100mW/cm2)照射5min后，透明的无色的智能窗箔变成蓝色，并随着照射时间的增加颜色加深。待关闭太阳光模拟器，在黑暗条件下，智能窗箔的蓝色会慢慢消失，智能窗箔恢复到无色状态。
本发明具有以下优点：
本发明公开一种可自适应光照强度的智能窗箔，制备及应用。该智能窗箔包含包括聚合物，光致变色无机纳米粒子和催化剂，其中光致变色无机纳米粒子包括无色的氧化态和着色的还原态两种状态。光致变色无机纳米粒子吸收太阳光后，实现从无色的氧化态到着色的还原态之间的转换，使该智能窗箔自适应太阳光强度呈现浅色或深色。掺杂催化剂后，会影响光致变色无机纳米粒子的恢复速率，进而影响智能窗箔对光照的自适应性的敏感程度。这种智能窗箔在本身的氧化态和着色的还原态都是透明的，可以贴在已有的窗玻璃上，无需更换现有的窗户，使用方便，具有柔性，自支撑，成本较低，无散射，更节能环保等优点，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为一种可自适应光照强度的智能窗箔的结构示意图；
图2为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例2的流程图；
图3为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例3的流程图；
图4为一种可自适应光照强度的智能窗箔实施例4、5制备方法的过程示意图；
图5a为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4中智能窗箔在太阳光照射前宏观透明度示意图；
图5b为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4中智能窗箔在太阳光照射后宏观透明度示意图；
图5c为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4中智能窗箔在光照射下前后透射率的变化图；
图6a为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例5中智能窗箔在太阳光照射前宏观透明度示意图；
图6b为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例5中智能窗箔在太阳光照射后宏观透明度示意图；
图6c为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例5中智能窗箔在光照射下前后透射率的变化图；
图7a为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照0s的透过率示意图；
图7b为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照1min的透过率示意图；
图7c为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照2min的透过率示意图；
图7d为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照3min的透过率示意图；
图7e为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照4min的透过率示意图；
图7f为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照5min的透过率示意图；
图7g为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照10min的透过率示意图；
图7h为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下光照15min的透过率示意图；
图7i为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在100mW·cm-2的365nm的紫外光灯下1050nm处透射率的变化图；
图8a为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中0min的透过率示意图；
图8b为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中10min的透过率示意图；
图8c为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中20min的透过率示意图；
图8d为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中30min的透过率示意图；
图8e为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中40min的透过率示意图；
图8f为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中50min的透过率示意图；
图8g为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中60min的透过率示意图；
图8h为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中的智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中恢复到最初状态的透过率示意图；
图8i为一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法实施例4、5中智能窗箔在智能窗箔褪色恢复过程中1050nm处透射率的变化图；
图9为一种可自适应光照强度的智能窗箔及其制备方法和应用实施例4中的智能窗箔的透射电子显微镜图。
图10为一种可自适应光照强度的智能窗箔及其制备方法和应用实施例5中的智能窗箔的透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，一种可自适应光照强度的智能窗箔，智能窗箔的组分包括载体和光致变色无机纳米粒子；
载体用于使光致变色无机纳米粒子均匀分布；
光致变色无机纳米粒子具有氧化态和还原态，氧化态为无色状态，还原态为着色状态，光致变色无机纳米粒子用于吸收太阳光后从氧化态转换为还原态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由浅变深，光致变色无机纳米粒子用于在无法吸收太阳光时从还原态转换为为氧化态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由深变浅直至达到无色状态；
智能窗箔的组分还包括催化剂，催化剂用于调节光致变色无机纳米粒子从还原态转换为氧化态的转换速率；
光致变色无机纳米粒子的粒径为2～10nm，光致变色无机纳米粒子与聚合物的重量比为5～10％，光致变色无机纳米粒子的光吸收波段为250～400nm；
载体的材料为聚合物，聚合物为无色透明状，聚合物为以下任意一种：聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯和聚苯乙烯；
光致变色无机纳米粒子为宽带隙半导体材料；
光致变色无机纳米粒子为以下任意一种：二氧化钛，三氧化钨和三氧化钼；
智能窗箔为透明的片状结构，智能窗箔的厚度为20～60μm；
催化剂为以下任意一种：铂，氯化铜和氯化铬，催化剂与光致变色无机纳米粒子的重量比为0～10％。
实施例2
如图2所示，一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法：包括以下步骤：
S1、制备溶胶：将光致变色无机纳米粒子的前驱体溶解于第一溶剂中，搅拌后得到溶胶；也可将光致变色无机纳米粒子的前驱体和催化剂溶解于第一溶剂中搅拌得到溶胶，；
光致变色无机纳米粒子的前驱体包括氯化钨，第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，光致变色无机纳米粒子在溶胶中的浓度为0.1～0.3g/mL，搅拌时间为1～3h；
第二溶剂为二氯乙烷，聚合物在第二溶剂中的浓度为：0.2～0.6g/mL；
S2、制备固溶胶：将溶胶加入到含有聚合物的第二溶剂中，光致变色无机纳米粒子在第一溶剂中的溶解度大于在聚合物中的溶解度，通过溶液过饱和的方法使光致变色无机纳米粒子分散在聚合物中得到固溶胶；
S3、制备智能窗箔：使用涂布的方法将固溶胶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干、脱模后得到可自适应光照强度的智能窗箔；烘干的温度为40～70℃，烘干的时间为1～4h。
实施例3
如图3所示，一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法：包括以下步骤：
S1、制备溶胶：将光致变色无机纳米粒子的前驱体和催化剂溶解于第一溶剂中，搅拌后得到溶胶；也可将光致变色无机纳米粒子的前驱体和催化剂溶解于第一溶剂中搅拌得到溶胶，催化剂在溶胶中的浓度为0.02～0.03g/mL；
光致变色无机纳米粒子的前驱体包括氯化钨，第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，光致变色无机纳米粒子在溶胶中的浓度为0.1～0.3g/mL，搅拌时间为1～3h；
第二溶剂为二氯乙烷，聚合物在第二溶剂中的浓度为：0.2～0.6g/mL；
S2、制备固溶胶：将溶胶加入到含有聚合物的第二溶剂中，光致变色无机纳米粒子在第一溶剂中的溶解度大于在聚合物中的溶解度，通过溶液过饱和的方法使光致变色无机纳米粒子分散在聚合物中得到固溶胶；
S3、制备智能窗箔：使用涂布的方法将固溶胶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干、脱模后得到可自适应光照强度的智能窗箔；烘干的温度为40～70℃，烘干的时间为1～4h。
实施例4
如图4所示，一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法：包括以下步骤：
将0.3g氯化钨(WCl6)和0.015g氯化铜(CuCl2)溶解于1.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在室温下搅拌2h形成溶胶，待用；
将4g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于二氯乙烷中，PMMA的浓度为0.4g·ml-1，在60摄氏度下搅拌2h，待用；
将溶胶加入到PMMA的二氯乙烷溶液中，在室温下搅拌2h，倒在涂布器表面的玻璃基底上，设定液膜厚度为200微米，玻璃基底温度为60℃，烘干1h后脱模可以得到可自适应光照的智能窗箔(Cu-WO3/PMMA)，智能窗箔的厚度为40μm。
实施例5
如图4所示，一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法：包括以下步骤：
将0.3g氯化钨(WCl6)溶解于1.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在室温下搅拌2h形成溶胶，待用；
将4g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于二氯乙烷中，PMMA的浓度为0.4g·ml-1，在60摄氏度下搅拌2h，待用；
将溶胶加入到PMMA的二氯乙烷溶液中，在室温下搅拌2h，倒在涂布器表面的玻璃基底上，设定液膜厚度为200微米，玻璃基底温度为70℃，烘干1h后脱模可以得到可自适应光照的智能窗箔(WO3/PMMA)，智能窗箔的厚度为40μm。
实施例6
将0.14g四氯化钛(TiCl4)和0.015g氯化铜(CuCl2)溶解于1.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在室温下搅拌2h形成溶胶，待用；
将4g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于二氯乙烷中，PMMA的浓度为0.4g·ml-1，在60摄氏度下搅拌2h，待用；
将溶胶加入到PMMA的二氯乙烷溶液中，在室温下搅拌2h，倒在涂布器表面的玻璃基底上，设定液膜厚度为200微米，玻璃基底温度为50℃，烘干1h后脱模可以得到可自适应光照的智能窗箔(Cu-TiO2/PMMA)，智能窗箔的厚度为40μm。
实施例7
将0.20g氯化钼(MoCl5)和0.015g氯化铜(CuCl2)溶解于1.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在室温下搅拌2h形成溶胶，待用；
将4g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于二氯乙烷中，PMMA的浓度为0.4g·ml-1，在60摄氏度下搅拌2h，待用；
将溶胶加入到PMMA的二氯乙烷溶液中，在室温下搅拌2h，倒在涂布器表面的玻璃基底上，设定液膜厚度为200微米，玻璃基底温度为60℃，烘干1h后脱模可以得到可自适应光照的智能窗箔(Cu-MoO3/PMMA)，智能窗箔的厚度为40μm。
实施例8
将0.3g氯化钨(WCl6)和0.015g氯化铜(CuCl2)溶解于1.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在室温下搅拌2h形成溶胶，待用；
将4g聚碳酸酯(PC)溶解于二氯乙烷中，PC的浓度为0.4g·ml-1，在60摄氏度下搅拌2h，待用；
将溶胶加入到PC的二氯乙烷溶液中，在室温下搅拌2h，倒在涂布器表面的玻璃基底上，设定液膜厚度为200微米，玻璃基底温度为50℃，烘干1h后脱模可以得到可自适应光照的智能窗箔(Cu-WO3/PC)，智能窗箔的厚度为40μm。
实施例9
将0.3g氯化钨(WCl6)和0.015g氯化铜(CuCl2)溶解于1.5mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在室温下搅拌2h形成溶胶，待用；
将4g聚苯乙烯(PS)溶解于二氯乙烷中，PS的浓度为0.4g·ml-1，在70摄氏度下搅拌2h，待用；
将溶胶加入到PC的二氯乙烷溶液中，在室温下搅拌2h，倒在涂布器表面的玻璃基底上，设定液膜厚度为200微米，玻璃基底温度为60℃，烘干1h后脱模可以得到可自适应光照的智能窗箔(Cu-WO3/PS)，智能窗箔的厚度为40μm。
将这实施例4～5的智能窗箔放置在太阳光下照射10分钟，透明度变化如图5a、5b、6a、6b所示。可以发现光照前该智能窗箔完全透明，记为无色态，光照后膜颜色变深，对光的透过率明显下降，记为着色态。如图5c、6c所示，对该智能窗箔的透过光谱和反射光谱表征显示无色态的智能窗箔只对紫外光有吸收，着色态的智能窗箔对紫外光、可见光和红外光都有强烈的吸收。将该智能窗箔放置在太阳光模拟器下，以100mW·cm-2的功率照射15min，其着色过程以及褪色恢复过程透明度变化如图7a～7h、8a～8h所示，可以发现，两者的透明度随光照时间缓慢下降，在无光照后透明度又随时间逐渐恢复，可以看出掺杂了催化剂氯化铜的Cu-WO3/PMMA智能窗箔褪色时间大约为1h，而没有掺杂催化剂氯化铜的WO3/PMMA智能窗箔1h几乎不褪色。变色和褪色过程中的1050nm处的透过率随光照时间的变化见图7i、图8i，将该智能窗箔放置在365nm紫外光下，以5mW·cm-2的功率照射180s，透过率随照射时间缓慢下降，关闭光源后掺杂了催化剂氯化铜的Cu-WO3/PMMA智能窗箔的透过率在1h内缓慢恢复到初始状态，而没有掺杂催化剂氯化铜的WO3/PMMA智能窗箔的透过率在1h内仅仅恢复到40％。
将实施例4～5的智能窗箔切片后在透射电子显微镜下观察，如图9、10所示，可以看到三氧化钨纳米颗粒在智能窗箔中的分布，以及颗粒的大小在20nm左右。
实施例1～2、6～9也可达到同样效果。
实施例10
一种可自适应光照强度的智能窗箔的应用，应用于调节太阳光的透过率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：
可自适应光照强度的智能窗箔包括载体和光致变色无机纳米粒子；
所述载体用于使所述光致变色无机纳米粒子均匀分布；
所述光致变色无机纳米粒子具有氧化态和还原态，所述氧化态为无色状态，所述还原态为着色状态，所述光致变色无机纳米粒子用于吸收太阳光后从所述氧化态转换为所述还原态以使智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由浅变深，所述光致变色无机纳米粒子用于在无法吸收太阳光时从所述还原态转换为为所述氧化态以使所述智能窗箔的颜色自适应太阳光强度由深变浅直至达到无色状态；
所述可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法包括以下步骤：
S1、制备溶胶：将所述光致变色无机纳米粒子的前驱体溶解于第一溶剂中，搅拌后得到溶胶；
S2、制备固溶胶：将所述溶胶加入到含有聚合物的第二溶剂中，所述光致变色无机纳米粒子前驱体在所述第一溶剂中的溶解度大于在所述聚合物中的溶解度，通过溶液过饱和的方法使所述光致变色无机纳米粒子分散在所述聚合物中得到固溶胶；
S3、制备智能窗箔：使用涂布的方法将所述固溶胶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干、脱模后得到可自适应光照强度的智能窗箔，烘干的温度为40~70℃，烘干的时间为1~4h；
所述光致变色无机纳米粒子的粒径为2~10nm，所述光致变色无机纳米粒子与所述聚合物的重量比为5~10%，所述光致变色无机纳米粒子的光吸收波段为250~400nm；
所述载体为以下任意一种：聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯和聚苯乙烯；
所述智能窗箔的厚度为20~60μm。
2.根据权利要求1所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：所述智能窗箔的组分还包括催化剂，所述催化剂用于调节所述光致变色无机纳米粒子从所述还原态转换为所述氧化态的转换速率。
3.根据权利要求1所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：所述光致变色无机纳米粒子为以下任意一种：二氧化钛，三氧化钨和三氧化钼；
所述智能窗箔为透明的片状结构。
4.根据权利要求2所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：所述催化剂为以下任意一种：氯化铜和氯化铬，所述催化剂与所述光致变色无机纳米粒子的重量比为0~10%。
5.根据权利要求1所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述光致变色无机纳米粒子前驱体在所述溶胶中的浓度为0.1~0.3g/mL，搅拌时间为1~3h；
步骤S2中，所述第二溶剂为二氯乙烷，所述聚合物在所述第二溶剂中的浓度为：0.2~0.6g/mL。
6.根据权利要求2、4任意一项所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备溶胶：将所述光致变色无机纳米粒子的前驱体和催化剂溶解于第一溶剂中，搅拌后得到溶胶；
S2、制备固溶胶：将所述溶胶加入到含有聚合物的第二溶剂中，所述光致变色无机纳米粒子前驱体在所述第一溶剂中的溶解度大于在所述聚合物中的溶解度，通过溶液过饱和的方法使所述光致变色无机纳米粒子分散在所述聚合物中得到固溶胶；
S3、制备智能窗箔：使用涂布的方法将所述固溶胶液均匀地涂抹在玻璃基底上，烘干、脱模后得到可自适应光照强度的智能窗箔。
7.根据权利要求6所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述光致变色无机纳米粒子前驱体在所述溶胶中的浓度为0.1~0.3g/mL，所述催化剂在所述溶胶中的浓度为0.02~0.03g/mL，搅拌时间为1~3h；
步骤S2中，所述第二溶剂为二氯乙烷，所述聚合物在所述第二溶剂中的浓度为：0.2~0.6g/mL。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种可自适应光照强度的智能窗箔制备方法的应用，其特征在于：所述智能窗箔用于调节太阳光的透过率。
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