[發明專利]復合凝膠及其制備方法和智能窗戶

有效

• 申請號: 202010781755.5
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111793236B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 朱世平;王相;張祺
• 申請（專利權）人: 香港中文大學（深圳）
• 主分類號: C08J7/16
• 分類號: C08J7/16;C08J7/12;C08J7/04;C09D4/02;C08F220/28;C08F222/14;C08F2/48;E06B3/67;C08L33/14
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉建榮

本發明提供了一種復合凝膠及其制備方法和智能窗戶，涉及凝膠技術領域。該復合凝膠包括第一凝膠層、第二凝膠層和設置于第一凝膠層和第二凝膠層之間的過渡層，其中，第一凝膠層和第二凝膠層分別采用具有相反熱響應特性的第一溫敏凝膠材料和第二溫敏凝膠材料制成，并通過控制第一溫敏凝膠材料的最低臨界共溶溫度高于第二溫敏凝膠材料的最高臨界共溶溫度，使得該復合凝膠具有雙溫度響應特性；同時，由于第一溫敏凝膠材料和第二溫敏凝膠材料表現相反的親疏水特性，使得兩者中的水在刺激響應過程中因親疏水特性的相反交替變化而做此消彼長的潮汐往復運動，從而有效避免傳統單相水凝膠材料在長期刺激響應過程中的體積收縮和水分損失等情況。

技術領域

本發明屬于凝膠技術領域，具體涉及一種復合凝膠及其制備方法和智能窗戶。

背景技術

傳統建筑物玻璃被認為是最不節能的建筑物組件，因其熱傳遞方向往往與期望方向相反，進而耗散掉大量供暖、通風和空調系統的制熱或制冷能量。如何提高建筑物能源利用效率，降低能源消耗，逐漸成為人們關注的焦點。

除了傳統的節能玻璃，如中空玻璃、熱反射玻璃等，近年來出現的智能窗戶可以在受到外界刺激下按需動態、可逆的調節室外太陽光或熱量的透過率，即在室外過于炎熱時阻擋過量的太陽輻射，而在室外溫度適宜的時候又能保證足夠的可見光和太陽輻射透過率，進而通過對窗戶透過率的控制實現智能調節室內溫度的效果，避免不必要的能源消耗和不舒適的室內環境。現有技術中智能窗戶是按照其對熱、電、光、氣和濕度等不同的刺激-響應特性進行分類的。其中，熱響應型智能窗戶因可以在沒有額外的能量輸入的情況下，通過對天氣和環境溫度的變化做出響應，自動調整其對可見光和太陽輻射的透過率，而受到了特別的關注。

溫敏性水凝膠是一種被廣泛使用的熱響應型智能窗戶材料。上述材料的熱響應通常是基于聚合物網絡在其最低臨界共溶溫度(Lower Critical Solution Temperature,LCST)或最高臨界共溶溫度(Upper Critical Solution Temperature,UCST)的相分離過程，即一定組成和壓力下高分子鏈在水分散介質中從相溶到不相溶的臨界溫度，高于LCST或低于UCST，混合物會分離為水富集區域和高分子富集區域，這種不均勻的微相分布會對入射光線進行散射，進而調節可見光和太陽輻射的透過率。目前這些技術大都是使用LCST或UCST特性水凝膠前驅體的均聚物或通過與其它功能性單體共聚制備，因而獲得的材料往往只有高溫熱響應特性或只具有低溫響應特性，即只能擁有在室外炎熱高溫情況下阻擋過量太陽輻射(250-2500nm)，或在室外寒冷時阻擋由室內向室外的中紅外(1-40μm)黑體輻射這樣單一的功能。然而，在實際生活中，人們常常會對智能窗戶有這樣的需求：夏季炎熱的中午能阻擋外部過量的太陽輻射，降低室內溫度并減少空調系統的能源消耗；溫度適宜的春秋兩季則允許足夠的可見光和太陽輻射通過，維持室內外溫度平衡；而在冬季寒冷的夜晚又能阻止室內的熱量輻射到外部環境，避免造成大量的供暖能量的浪費。但是，目前現有技術中的單一溫度響應特性的溫敏性智能窗戶材料不能同時滿足上述要求。此外，目前單一溫度響應特性的溫敏性水凝膠材料在持續高溫或低溫響應過程中的相分離會產生排水現象，而當水凝膠進行可逆響應時，又需要吸收一定量的水分來恢復原狀。顯然，如果在前一個響應過程中發生了水分損失，就會影響其后續的循環穩定性，導致器件性能逐漸下降，從而給實際應用帶來障礙。

有鑒于此，特提出本發明以解決上述技術問題中的至少一個。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種復合凝膠，該復合凝膠具有雙溫度響應特性，同時，水在刺激響應過程中因兩種凝膠(第一凝膠層和第二凝膠層)親疏水特性的相反交替變化而做此消彼長的潮汐往復運動，從而有效避免傳統單相水凝膠材料在長期刺激響應過程中的體積收縮和水分損失等情況。

本發明的第二目的在于提供一種復合凝膠的制備方法。

本發明的第三目的在于提供一種智能窗戶，包含上述復合凝膠。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：