[發明專利]復合膜、包括其的裝置及其形成方法

在審

• 申請號: 201780047306.4
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN109564360A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 胡曉;李慶揚
• 申請（專利權）人: 南洋理工大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明實施方案提供一種光熱致復合膜。該復合膜包括基質和一個或多個納米結構，所述納米結構包括將輻射能轉換成熱能的金屬氧化物半導體。所述基質具有可基于由所述基質從所述金屬氧化物半導體接收的熱能而變化的性質。在優選的實施方案中，聚(N?異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝膠和摻銻氧化錫(ATO)雜化作為復合膜。在該復合膜中，ATO吸收近紅外(NIR)區域光并作為納米加熱器引發水凝膠的光學轉變。這種復合膜的行為可以用作新一代的自動化被動靈巧窗，用于適應氣候的太陽光調制。

相關申請

本申請要求2016年8月19日提交的新加坡專利申請10201606933U的優先權，其內容通過引用整體并入本文。

技術領域

本公開的各個方面涉及復合膜。本公開的各個方面涉及包括復合膜的裝置。本公開的各個方面涉及復合膜的形成方法。

背景技術

據報道，世界上43％的一次能源用于供熱通風與空氣調節(HVAC)。運用可以選擇性地保持或阻擋近紅外光(NIR)的窗口是減少這種能源消耗的一種解決方案。常規的低輻射(low-e)銀涂層容易導致可見光的透射率相對較低并且容易氧化。已經實現了用于穩定高釉面玻璃房的溫度的多層光學膜(MOF)，但是盡管如此，許多多層光學膜對于周圍環境溫度變化沒有響應或者需要額外的能量輸入進行動態控制。

因此，有機會針對日照得熱量進行被動和動態控制，同時顯著減少熱量并使刺眼的太陽光變暗。為了節約能源，已經投入巨大的努力來開發具有不同活化模式的靈巧窗(smart window)，例如光致變色、氣致變色、電致變色、熱致變色和熱致靈巧窗。其中，熱致(TT)體系非常具有吸引力，因為太陽能本身可以用作太陽能屏蔽的促進劑。此外，在靈巧窗的背景下，非常希望可以自主調節可見光(VIS)和近紅外(NIR)光譜的透射率，以便控制太陽光亮度強度以及建筑物內部的熱舒適性。

已經探索了許多形式的TT材料用于靈巧窗應用，例如聚合物凝膠、聚合物共混物、嵌段共聚物，甚至納米顆粒。已經針對TT靈巧窗應用研究了許多熱響應水性聚合物凝膠，但光學轉變行為的主要問題尚未得到解決。TT靈巧窗轉變問題于2005年首次報道。據報道，在寒冷氣候中，即使在高強度的太陽光亮度下也不會發生光學轉變。這是因為TT材料僅是熱響應的，導致轉變的原因主要取決于周圍溫度，而不是太陽光強度。盡管太陽輻射強烈，如果周圍溫度低于臨界轉變溫度，也不會發生光學轉變。自那時起，已經提出并研究了幾種解決方案，例如降低凝膠的轉變溫度、通過電氣手段轉變和添加太陽能吸收材料。然而，它們每一個都有其自身的局限和缺點。

可以將水凝膠的轉變溫度調低以進行光學轉變。Wang等人(Industrial&Engineering Chemistry Research,2014,53,18462)通過懸浮聚合，并用二元溶劑體系代替水合成了改性的聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝膠。據報道，雖然微凝膠將下臨界溶解溫度(LCST)從32℃降低到20℃，但隨著交聯劑和甘油含量的增加，太陽光調制能力和響應速度都受到影響。

除了降低轉變溫度之外，還可以通過焦耳加熱來促進熱致窗的轉變。Gyenes等人報道了基于PNIPAM以及聚乙烯醇-聚(甲基乙烯基醚)(PVA-PMVE)凝膠的可電氣調節的熱致(EAT)窗口，其具有可調的轉變溫度(Polymer for Advanced Technologies 2003,14,757和Macromolecular Symposia 2005,227,357)。他們的研究表明，通過優化電信號，可以獲得97s的最小轉變時間。然而，對于這種EAT窗口來實現其功能，由于導電襯底額外集成，必須做出妥協。首先，由于銦-氧化錫(In₂O₃:Sn,ITO)的致密層，導電基板將可見光透射率限制為僅45-55％。其次，光學轉變的響應速率將受到ITO玻璃的熱容量和熱導率的限制。此外，需要提供恒定能量以維持不透明狀態，并且還需要增加能量輸入以便提高EAT窗口的響應速度。