一种Janus结构程序控温弹性材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种Janus结构程序控温弹性材料及其制备方法与应用。所述Janus结构程序控温弹性材料具有Janus双层结构，所述Janus双层结构包括相互叠层设置的第一结构层、第二结构层，所述第一结构层具有可调的太阳光透过率，可见光透过度为3％～95％，所述第二结构层具有高效光热吸收转化的功能，光热转化效率为20％～98％。本发明专利技术利用黑色光热吸收转化弹性体为基底吸收太阳光的能量使其转化为热量，另外，通过调节不同可见光透过率弹性体的可见光透过率控制透光可见光的能量，进而精准把控光热转化效率进而实现温度的调控，并且在太阳光被动加热、被动降温、红外防伪等多重领域具有较大的应用潜力。较大的应用潜力。较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种Janus结构程序控温弹性材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种凝胶弹性体材料，特别涉及一种Janus结构程序控温弹性材料及其制备方法与应用，尤其是在太阳光被动加热、被动降温、红外防伪中的应用，属于凝胶材料及有机无机复合材料


技术介绍

[0002]太阳能是地球表面最有前途的可再生能源，其年储量为340000EJ，是不可再生能源总量的10倍。目前，太阳能光热转化技术与利用的历史悠久，从太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池，到太阳能脱盐(海水淡化)和太阳能发电厂等。目前大部分的控温技术都比较单一，在利用非有限能源太阳能的情况下实现精确不同温度的控温技术成为了挑战。
[0003]因此，能否制备出一种全新的材料，使其在利用非有限能源太阳能的情况下实现精确不同温度的控温。结构上，这种材料Janus结构为基调，利用正反两侧不同的结构来实现在不同太阳光功率下实现不同温度的把控。调节其表层的太阳光透过率，利用底层黑色光热吸收转化弹性体来对太阳光能量的转换实现程序控温。目前，此种弹性体材料是有别于传统太阳能利用材料，是一种新材料，也是一种新结构。
[0004]那么，如何制备不同层弹性材料，其有哪些独特的性质和潜在的应用，都是有待解决和回答的关键问题。首先，最难的是如何将两种不同效用的弹性体进行结合。其次，Janus结构不是将两层材料所需要的溶液简单混合凝胶，如此无法形成均匀且有效的实现太阳光能量到温度的转变，这都是有待解决的关键问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种全新的Janus结构的程序控温弹性材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0006]本专利技术的又一目的在于提供前述Janus结构程序控温弹性材料的应用。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术实施例提供了一种Janus结构程序控温弹性材料，其具有Janus双层结构，所述Janus双层结构包括相互叠层设置的第一结构层、第二结构层，所述第一结构层具有可调的太阳光透过率，可见光透过度为3％～95％，所述第二结构层具有高效光热吸收转化的功能，光热转化效率为20％～98％。
[0009]进一步地，所述Janus结构程序控温弹性材料的拉伸断裂长度为50％～500％，弹性模量为20KPa～5000KPa，在太阳光照下，能够实现20℃～80℃的程序控温。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种Janus结构程序控温弹性材料的制备方法，其包括：
[0011](1)提供包含纳米颗粒、第一高分子水凝胶前驱体溶液、交联剂的具有不同透过率的弹性体前驱体；
[0012](2)使包含光热吸收转化组分、第二高分子水凝胶前驱体溶液、交联剂的混合体系进行交联生成光热吸收转化弹性体；
[0013](3)将所述具有不同透过率的弹性体前驱体施加于所述光热吸收转化弹性体上，通过化学或物理交联，制得Janus结构程序控温弹性材料。
[0014]本专利技术实施例还提供了由前述制备方法制得的Janus结构程序控温弹性材料。
[0015]本专利技术实施例还提供了所述Janus结构程序控温弹性材料于太阳光被动加热、被动降温或红外防伪等领域中的应用。
[0016]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0017]1)本专利技术提供的Janus结构程序控温弹性材料的制备方法以凝胶作为功能基元，分别加入纳米颗粒后使其具有不同的可见光透过率，并基于光热吸收转化弹性基底上方负载不同可见光透过率的弹性体复合而形成Janus结构弹性体，是一种全新的结合方法，从凝胶应用角度以及太阳光能利用领域看，都是一种新的设计思路，有望在现有基础上获得重要突破；
[0018]2)本专利技术利用黑色光热吸收转化弹性体为基底吸收太阳光的能量使其转化为热量，另外，通过调节不同可见光透过率弹性体的可见光透过率控制透光可见光的能量，进而精准把控光热转化效率进而实现温度的调控，并且在太阳光被动加热、被动降温、红外防伪等多重领域具有较大的应用潜力。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例1所获得的不同可见光透过率弹性体的SEM照片。
[0021]图2是本专利技术实施例2所获得的黑色光热吸收转化弹性体的SEM照片。
[0022]图3是本专利技术实施例3所获得的不同可见光透过率弹性体的SEM照片。
[0023]图4是本专利技术实施例4所获得的黑色光热吸收转化弹性体的SEM照片。
[0024]图5是本专利技术实施例5所获得的不同可见光透过率弹性体的SEM照片。
[0025]图6是本专利技术实施例6所获得的黑色光热吸收转化弹性体的拉伸数据图。
[0026]图7是本专利技术实施例1
‑
4所获得的不同可见光透过率弹性体的透过率数据图。
[0027]图8是本专利技术实施例11中测试时采用的实验装置图。
[0028]图9是本专利技术实施例11中对实施例1
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4得到Janus结构程序控温弹性材料的测试温度曲线图。
具体实施方式
[0029]鉴于目前太阳光能量实现光热转化的单一性，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的设计思路与技术方案，其主要机理是：以黑色光热吸收转化弹性体为基底吸收太阳光的能量使其转化为热量，另外，通过调节不同可见光透过率弹性体的可见光透过率控制透光可见光的能量，进而精准把控光热转化效率进而实现温度的调控。
[0030]通过本专利技术的制备方法，可以利用正反面不同的结构来进行温度精准调控。将本专利技术实施例得到的Janus结构程序控温弹性材料用于太阳光模拟器下进行实验，可以实现
不同温度的把控。
[0031]如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0032]本专利技术实施例的一个方面提供的一种Janus结构程序控温弹性材料具有Janus双层结构，所述Janus双层结构包括相互叠层设置的第一结构层、第二结构层，所述第一结构层(下文亦可定义为“顶层”)具有可调的太阳光透过率，可见光透过度为3％～95％，所述第二结构层(下文亦可定义为“底层”)具有高效光热吸收转化能力，光热转化效率为20％～98％。
[0033]在一些优选实施例中，所述具有可调的太阳光透光率的第一结构层的可见光透过率在10％～50％之间。
[0034]在一些优选实施例中，所述Janus结构程序控温弹性材料的拉伸断裂长度为50％～500％，弹性模量为20KPa～5000KPa，在太阳光照下，能够实现20℃～80℃的程序控温。
[0035]在一些优选实施例中，所述第一结构层包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Janus结构程序控温弹性材料，其特征在于：所述Janus结构程序控温弹性材料具有Janus双层结构，所述Janus双层结构包括相互叠层设置的第一结构层、第二结构层，所述第一结构层具有可调的太阳光透过率，可见光透过度为3％～95％，所述第二结构层具有高效光热吸收转化的功能，光热转化效率为20％～98％。2.根据权利要求1所述的Janus结构程序控温弹性材料，其特征在于：所述第一结构层的可见光透过度为10％～50％；和/或，所述Janus结构程序控温弹性材料的拉伸断裂长度为50％～500％，弹性模量为20KPa～5000KPa，在太阳光照下，能够实现20℃～80℃的程序控温。3.根据权利要求1所述的Janus结构程序控温弹性材料，其特征在于：所述第一结构层包括纳米颗粒与高分子水凝胶弹性体，所述纳米颗粒包括气凝胶颗粒、气相二氧化硅颗粒、实心玻璃微珠、空心玻璃微珠中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述纳米颗粒的粒径为1～200μm；和/或，所述第一结构层中纳米颗粒的含量为0.02wt％～20wt％；和/或，所述第一结构层的厚度为1～6mm；和/或，所述第一结构层的表面与水的接触角为20～100
°
，所述第一结构层的弹性模量为0.020MPa～0.100MPa。4.根据权利要求1所述的Janus结构程序控温弹性材料，其特征在于：所述第二结构层包括光热吸收转化组分与高分子水凝胶弹性体，所述光热吸收转化组分包括碳纳米管、石墨烯、石墨、导电高分子中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述光热吸收转化组分的粒径为1～1000μm；和/或，所述第二结构层中光热吸收转化组分的含量为15wt％～50wt％；和/或，所述第二结构层的厚度为1～6mm和/或，所述第二结构层的表面与水的接触角为10～50
°
，所述第二结构层的弹性模量为0.500MPa～1.000MPa。5.一种Janus结构程序控温弹性材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)提供包含纳米颗粒、第一高分子水凝胶前驱体溶液、交联剂的具有不同透过率的弹性体前驱体；(2)使包含光热吸收转化组分、第二高分子水凝胶前驱体溶液、交联剂的混合体系进行交联生成光热吸收转化弹性体；(3)将所述具有不同透过率的弹性体前驱体施加于所述光热吸收转化弹性体上，通过化学或物理交联，制得Janus结构程序控温弹性材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米颗粒包括气凝胶颗粒、气相二氧化硅颗粒、实心玻璃微珠、空心玻璃微珠中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述纳米颗粒的粒径为1～200μm；和/或，所述第一高分子水凝胶前驱体溶液中所含第一高分子水凝胶前驱体包括聚乙烯醇水凝胶、壳聚糖水凝胶、琼脂糖水凝胶、海藻酸钠水凝胶、聚丙烯酸水凝胶、聚丙烯酸钠水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶和聚乙二醇水凝胶中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述第一高分子水凝胶前驱体溶液中第一高分子水凝胶前驱体的质量分数为5wt％～15wt％；和/或，所述具有不同透过率的弹性体前驱体中纳米颗粒的含量为0.02wt％～20wt％；
和/或，所述纳米颗粒与第一高分子水凝胶前驱体溶液的质量比为1∶10～1∶200。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述光热吸收转化组分包括碳纳米管、石墨烯、石墨、导电高分子中的任意一种或两种以上的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锦，胡雪妍，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：