湖北大学张玉红教授、陈朝霞副教授 Mater. Horiz.：具有可调节人体舒适温度的双向光学响应水凝胶智能窗制备的新策略

2023-11-20 来源：高分子科技

用于建筑消耗的能源总量的比例甚至高达 40%。在众多减少建筑能耗的解决方案中，智能窗被认为是最具可行性的方案之一。考虑到智能窗户主要用于人类居住环境以及不同地区的气候温度差异和用户个人喜好，具有符合人体舒适温度范围可调节热致变色转变温度(Tk)的智能窗材料在实际应用中具有很大的优势。

近期，湖北大学化学化工学院张玉红课题组将十二烷基硫酸钠（SDS）/酒石酸钾（PTH）复合胶束引入温敏性聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）制备了一种基于温度敏感策略的双向智能光学水凝胶材料（BSW）。在0-50 °C之间，BSW展示出两次光学性能的突变，即同时具有最高共溶温度（UCST）和最低共溶温度（LCST）。通过调控 PTH以及SDS 的用量，可以将 BSW的 UCST以及LCST在 9.5-25.5 °C和25.5-50 °C 之间精确调控，相比于传统热致变色智能窗，该BSW更为匹配人体的温度舒适区域，在面向智能窗的应用中更符合人类对于建筑物温度调节的实际需要，实现高温下节能和低温下隐私保护两大需求。在隔热性能测试中，BSW模型房达到比普通窗户模型房低23.2 °C的降温效果。BSW智能窗在透明状态下可以阻挡大部分红外辐射而不影响可见光透射率，在室温下表现出高达 92.5%的高透明度高以及可见光透射比（T_lum=91.31%），而当温度低于 UCST或高于LCST时，其透明度极低（< 1%）。该材料表现出了优秀的太阳光调制能力（ΔT_{sol, UCST}为 76.34%，ΔT_{sol, LCST}为 76.75%）。BSW独特的光学响应模式、可单独调节的响应温度、高透明度和光学调制能力，使其在智能窗、信息加密、温度监测、光学开关等领域具有较好的应用前景。

图1. (a) BSW的制作过程示意图；(b) BSW在不同温度下的机理图和实物照片；(c) BSW与常见热致变色材料转变温度对比；(d) SDS、PTH、SDS/PTH、PNIPAM和BSW的FT-IR光谱。

图2. (a)透明(25℃)和不透明(10℃和30℃)状态下BSW的UV-Vis-NIR光谱(200-2500 nm)和(b) UV-Vis光谱(200-800 nm)；(c)BSW在UCST和LCST处的透射率调制(ΔT_lum (380-780 nm)、ΔT_IR (780-2500 nm)和ΔT_sol (300-2500 nm)；(d) BSW在 550?nm 波长下的透过率随温度的变化；不同温度下BSW的粒径分布(e) 4 ~ 20℃，(f) 24 ~ 30℃；(g) BSW在不同温度下的数码照片。

图3. （a）智能窗隔热测试装置图示意图；（b）氙灯照射下普通窗户、BSW的表面及内部温度变化；（c）加密标签结构示意图；（d）基于 BSW的加密标签在不同温度下的照片; （e）基于 BSW 的温度监视装置在不同温度下的数码照片。

该工作以“Bidirectional optical response hydrogel with adjustable human comfort temperature for smart windows”为题发表在Material Horizons上（Mater. Horiz., 10.1039/D3MH01376F）。湖北大学化学化工学院硕士研究生于振坤为第一作者，张玉红教授、陈朝霞副教授为共同通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH01376F

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻