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湖北大學(xué)張玉紅教授、陳朝霞副教授 Mater. Horiz.：具有可調(diào)節(jié)人體舒適溫度的雙向光學(xué)響應(yīng)水凝膠智能窗制備的新策略
2023-11-20  來(lái)源：高分子科技

  用于建筑消耗的能源總量的比例甚至高達(dá) 40%。在眾多減少建筑能耗的解決方案中，智能窗被認(rèn)為是最具可行性的方案之一？紤]到智能窗戶主要用于人類居住環(huán)境以及不同地區(qū)的氣候溫度差異和用戶個(gè)人喜好，具有符合人體舒適溫度范圍可調(diào)節(jié)熱致變色轉(zhuǎn)變溫度(Tk)的智能窗材料在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。


  近期，湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院張玉紅課題組將十二烷基硫酸鈉（SDS）/酒石酸鉀（PTH）復(fù)合膠束引入溫敏性聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）制備了一種基于溫度敏感策略的雙向智能光學(xué)水凝膠材料（BSW）。在0-50 °C之間，BSW展示出兩次光學(xué)性能的突變，即同時(shí)具有最高共溶溫度（UCST）和最低共溶溫度（LCST）。通過(guò)調(diào)控 PTH以及SDS 的用量，可以將 BSW的 UCST以及LCST在 9.5-25.5 °C和25.5-50 °C 之間精確調(diào)控，相比于傳統(tǒng)熱致變色智能窗，該BSW更為匹配人體的溫度舒適區(qū)域，在面向智能窗的應(yīng)用中更符合人類對(duì)于建筑物溫度調(diào)節(jié)的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)高溫下節(jié)能和低溫下隱私保護(hù)兩大需求。在隔熱性能測(cè)試中，BSW模型房達(dá)到比普通窗戶模型房低23.2 °C的降溫效果。BSW智能窗在透明狀態(tài)下可以阻擋大部分紅外輻射而不影響可見(jiàn)光透射率，在室溫下表現(xiàn)出高達(dá) 92.5%的高透明度高以及可見(jiàn)光透射比（Tlum=91.31%），而當(dāng)溫度低于 UCST或 高于LCST時(shí)，其透明度極低（< 1%）。該材料表現(xiàn)出了優(yōu)秀的太陽(yáng)光調(diào)制能力（ΔTsol, UCST為 76.34%，ΔTsol, LCST為 76.75%）。BSW獨(dú)特的光學(xué)響應(yīng)模式、可單獨(dú)調(diào)節(jié)的響應(yīng)溫度、高透明度和光學(xué)調(diào)制能力，使其在智能窗、信息加密、溫度監(jiān)測(cè)、光學(xué)開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。 


圖1. (a) BSW的制作過(guò)程示意圖；(b) BSW在不同溫度下的機(jī)理圖和實(shí)物照片；(c) BSW與常見(jiàn)熱致變色材料轉(zhuǎn)變溫度對(duì)比；(d) SDS、PTH、SDS/PTH、PNIPAM和BSW的FT-IR光譜。 


圖2. (a)透明(25℃)和不透明(10℃和30℃)狀態(tài)下BSW的UV-Vis-NIR光譜(200-2500 nm)和(b) UV-Vis光譜(200-800 nm)；(c)BSW在UCST和LCST處的透射率調(diào)制(ΔTlum (380-780 nm)、ΔTIR (780-2500 nm)和ΔTsol (300-2500 nm)；(d) BSW在 550?nm 波長(zhǎng)下的透過(guò)率隨溫度的變化；不同溫度下BSW的粒徑分布(e) 4 ~ 20℃，(f) 24 ~ 30℃；(g) BSW在不同溫度下的數(shù)碼照片。
 

圖3. （a） 智能窗隔熱測(cè)試裝置圖示意圖；（b）氙燈照射下普通窗戶、BSW的表面及內(nèi)部溫度變化；（c）加密標(biāo)簽結(jié)構(gòu)示意圖；（d）基于 BSW的加密標(biāo)簽在不同溫度下的照片; （e）基于 BSW 的溫度監(jiān)視裝置在不同溫度下的數(shù)碼照片。 


  該工作以“Bidirectional optical response hydrogel with adjustable human comfort temperature for smart windows”為題發(fā)表在Material Horizons上（Mater. Horiz., 10.1039/D3MH01376F）。湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士研究生于振坤為第一作者，張玉紅教授、陳朝霞副教授為共同通訊作者。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH01376F

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