[发明专利]复合膜、包括其的装置及其形成方法

说明书

本发明实施方案提供一种光热致复合膜。该复合膜包括基质和一个或多个纳米结构，所述纳米结构包括将辐射能转换成热能的金属氧化物半导体。所述基质具有可基于由所述基质从所述金属氧化物半导体接收的热能而变化的性质。在优选的实施方案中，聚(N‑异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶和掺锑氧化锡(ATO)杂化作为复合膜。在该复合膜中，ATO吸收近红外(NIR)区域光并作为纳米加热器引发水凝胶的光学转变。这种复合膜的行为可以用作新一代的自动化被动灵巧窗，用于适应气候的太阳光调制。

相关申请

本申请要求2016年8月19日提交的新加坡专利申请10201606933U的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的各个方面涉及复合膜。本公开的各个方面涉及包括复合膜的装置。本公开的各个方面涉及复合膜的形成方法。

背景技术

据报道，世界上43％的一次能源用于供热通风与空气调节(HVAC)。运用可以选择性地保持或阻挡近红外光(NIR)的窗口是减少这种能源消耗的一种解决方案。常规的低辐射(low-e)银涂层容易导致可见光的透射率相对较低并且容易氧化。已经实现了用于稳定高釉面玻璃房的温度的多层光学膜(MOF)，但是尽管如此，许多多层光学膜对于周围环境温度变化没有响应或者需要额外的能量输入进行动态控制。

因此，有机会针对日照得热量进行被动和动态控制，同时显着减少热量并使刺眼的太阳光变暗。为了节约能源，已经投入巨大的努力来开发具有不同活化模式的灵巧窗(smart window)，例如光致变色、气致变色、电致变色、热致变色和热致灵巧窗。其中，热致(TT)体系非常具有吸引力，因为太阳能本身可以用作太阳能屏蔽的促进剂。此外，在灵巧窗的背景下，非常希望可以自主调节可见光(VIS)和近红外(NIR)光谱的透射率，以便控制太阳光亮度强度以及建筑物内部的热舒适性。

已经探索了许多形式的TT材料用于灵巧窗应用，例如聚合物凝胶、聚合物共混物、嵌段共聚物，甚至纳米颗粒。已经针对TT灵巧窗应用研究了许多热响应水性聚合物凝胶，但光学转变行为的主要问题尚未得到解决。TT灵巧窗转变问题于2005年首次报道。据报道，在寒冷气候中，即使在高强度的太阳光亮度下也不会发生光学转变。这是因为TT材料仅是热响应的，导致转变的原因主要取决于周围温度，而不是太阳光强度。尽管太阳辐射强烈，如果周围温度低于临界转变温度，也不会发生光学转变。自那时起，已经提出并研究了几种解决方案，例如降低凝胶的转变温度、通过电气手段转变和添加太阳能吸收材料。然而，它们每一个都有其自身的局限和缺点。

可以将水凝胶的转变温度调低以进行光学转变。Wang等人(Industrial&Engineering Chemistry Research,2014,53,18462)通过悬浮聚合，并用二元溶剂体系代替水合成了改性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶。据报道，虽然微凝胶将下临界溶解温度(LCST)从32℃降低到20℃，但随着交联剂和甘油含量的增加，太阳光调制能力和响应速度都受到影响。

除了降低转变温度之外，还可以通过焦耳加热来促进热致窗的转变。Gyenes等人报道了基于PNIPAM以及聚乙烯醇-聚(甲基乙烯基醚)(PVA-PMVE)凝胶的可电气调节的热致(EAT)窗口，其具有可调的转变温度(Polymer for Advanced Technologies 2003,14,757和Macromolecular Symposia 2005,227,357)。他们的研究表明，通过优化电信号，可以获得97s的最小转变时间。然而，对于这种EAT窗口来实现其功能，由于导电衬底额外集成，必须做出妥协。首先，由于铟-氧化锡(In₂O₃:Sn,ITO)的致密层，导电基板将可见光透射率限制为仅45-55％。其次，光学转变的响应速率将受到ITO玻璃的热容量和热导率的限制。此外，需要提供恒定能量以维持不透明状态，并且还需要增加能量输入以便提高EAT窗口的响应速度。