[发明专利]一种二氧化钒基热致变色固液复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种二氧化钒基热致变色固液复合材料及其制备方法和应用，包括含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料以及以微小液滴的形式分散于所述含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料中的液相热致变色材料，所述液相热致变色材料包含含羟基离子液体、可转变金属离子和能与所述可转变金属离子形成高吸光度配合物的高吸光度配位基。本发明将含有二氧化钒颗粒的固相有机聚合物材料与均匀分散其中的含羟基离子液体液相热致变色材料结合，实现优化二氧化钒基热致变色固液复合材料的调光性能的同时，提高材料的热稳定性和化学稳定性。

技术领域

本发明属于高性能无机-有机复合材料技术领域，特别涉及热致变色材料及其节能环保应用。

背景技术

全球能源短缺问题日益严重，过度碳排放引起环境日益恶化，节能减排已成为当前各国的首要任务。据估计，在社会总能耗中建筑能耗占30％以上，因此，推进建筑节能是节能减排、实现可持续发展的重点措施之一。

建筑能耗中很大部分用于空调，而玻璃窗作为建筑与外界进行热交换的主要通道，成为空调能源流失的主要途径。因此，使用各种类型的节能窗，能有效地降低能耗，达到节能环保的目的。

现有市场节能窗主流产品为低辐射(Low-E)玻璃和热反射玻璃等，由于技术成熟，价格便宜，隔热性能良好，被广泛应用于建筑节能。但由于上述节能窗光学性能不能因季节变化和认为需求随意改变，难以适应我国大多数冬寒夏热地区的节能需求和人们对居住环境舒适程度越来越高的要求。于是，被称为“智能节能窗”的新的节能产品便应运而生。

智能节能窗使用光学性能可变的致变色材料，利用其对各种物理刺激产生的透反射性能等变化，达到室内环境光热的可控调节目的。显然，智能节能窗可适应绝大部分地区和不同气候条件的需求，也使室内居住环境对人更加适宜。

根据物理刺激种类与变色机理，有电致变色，气致变色，光致变色，热致变色等多个种类的智能节能窗。

在各种类型的智能节能窗中，利用二氧化钒室温附近的半导体-金属可逆相变原理研制的热致变色节能窗，具有结构简单，材料用量少，完全不用开关或人工能源控制就能顺应环境温度变化而实现自动光热调控等显著优点，在各国获得重视并相继研发。其中，使用纳米二氧化钒的温控智能节能贴膜技术已率先在我国获得突破，制备出的二氧化钒基温控智能节能贴膜即将投放市场。

但是，作为上述技术的主要发明者，同时注意到上述二氧化钒温控智能节能窗依然存在以下若干不足：

(1)对日射红外波段具有较高的调节幅度，但对占日射总能量50％的可见光波段几乎不具有调节作用，其结果降低了总日射调节率；

(2)由于在可见光波段不具有明显的调节作用，无法利用这种调节产生足够的视觉变化，从而无助于对顾客进行强有力的调节效果演示，对产品的宣传和推广造成决定性的不良影响；

(3)对短波段可见光具有强烈的吸收效应，导致薄膜黄色发色。

迄今尚无成熟技术从根本上解决上述若干问题。显而易见，上述问题的解决将意味着二氧化钒基热致变色节能窗应用技术的飞跃性突破。

本发明人基于对热致变色材料的长期研发经验，通过反复实验，首次发现通过结合二氧化钒材料与配位基转换体热致变色材料构成一种全新的复合材料，可以使新材料的热致变色效应涵盖包括可见光和红外波段的日射全波段范围，在调节能力和舒适程度上都有了飞跃的进步，并已经申请专利201610111868.8。

其中，配位基转换体热致变色(Ligand Exchange Thermochromic简称LETC)材料通过不同温度下可转变金属离子与不同的配位基结合，形成具有不同吸收度的配合物，从而产生热致变色效应，一般来说，在低温下，金属离子与低吸收度配位基结合形成低吸光度配合物，具有较高的透过率；在高温下，金属离子转而与高吸收度配位基结合形成高吸光度配合物，具有较低的透过率。这种温控光学变化是可逆的，主要产生于可见光波段特定波长范围。