本发明专利技术公开了一种有机‑无机杂化光致变色涂层及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)单体A、单体B和单体C在光引发自由基作用下无规共聚，形成呈三维网络结构的高分子聚合物；其中，所述单体A为含烯烃官能团的酰胺类化合物；单体B为含氟丙烯酸酯类化合物；单体C为含烯烃官能团的咪唑类化合物；(2)将高分子聚合物和聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中，混匀后，往溶液中加入氧化钨前驱体，室温下反应；(3)将反应后的混合液涂布于玻璃基底上，烘干，得到光致变色涂层。本发明专利技术制得的涂层中，非晶WO<subgt;3</subgt;纳米点高度分散在聚合物网络中，非晶WO<subgt;3</subgt;纳米点的粒径为不高于1.03nm。本发明专利技术光致变色涂层透明度高(变色前后都是透明的)，具有瞬时光响应和快速褪色效果，且变色程度大，同时还具有良好的环境稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种有机-无机杂化光致变色涂层，还涉及上述光致变色涂层的制备方法。
技术介绍
1、随着全球持续的高温，进一步加剧了建筑物冷却方面的能源消耗。因此，提高建筑物能源效率，减少碳排放至关重要。通过调节窗户的透光性能，控制建筑物中太阳能的输入，可有效提高建筑物的能源利用效率和可见日光舒适度。
2、简单结构且无需外部能源输入即可进行光调制的光致变色(pc)智能窗户具有巨大的发展潜力。氧化钨在外界光照下会发生电荷转移，材料中的电子从价带跃迁至导带，形成导电性或非导电性氧化钨，从而引起颜色的变化。因其具有对光的快速响应以及出色的可逆性，成为研究最深入的无机光致变色材料之一。
3、现有在制备基于wo3的有机-无机杂化光致变色涂层过程中，由于有机聚合物和无机光致变色材料的特性不同，它们在杂化或复合过程中会影响彼此的透明度，导致最终材料的透明度较低。另外，wo3很容易定向生长形成尺寸较大的结晶结构，因此制备出的光致变色材料透明度偏低、调光范围较窄等问题。氧化钨通过氧化还原反应完成变色-褪色，会受到有机聚合物链的影响，变色效果不够敏感，需要较长的时间才能完成颜色的转变，材料透氧率低，导致褪色时间长。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种有机-无机杂化光致变色涂层，该光致变色涂层透明度高(变色前后都是透明的)，具有瞬时光响应和快速褪色效果，且变色程度大，同时还具有良好的环境稳定性；本专利技术另一目的旨在提供上述光致变色涂层的制备方法。
>2、技术方案：本专利技术所述的有机-无机杂化光致变色涂层的制备方法，包括如下步骤：3、(1)单体a、单体b和单体c在光引发自由基作用下无规共聚，形成呈三维网络结构的高分子聚合物；其中，所述单体a为含烯烃官能团的酰胺类化合物；单体b为含氟丙烯酸酯类化合物；单体c为含烯烃官能团的咪唑类化合物；
4、(2)将高分子聚合物和聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中，混匀后，加入氧化钨前驱体，室温下反应；
5、聚乙烯吡咯烷酮的引入，一方面可提高聚合物分子间的氢键密度，进而提高涂层的机械强度；一方面能够增加聚合物中的含氮量，光激发下促进电子和质子的转移速度，大幅提高非晶wo3纳米点的光响应速度和变色深度；
6、(3)将反应后的混合液涂布于玻璃基底上，烘干，得到光致变色涂层。
7、其中，步骤(1)中，所述单体a为丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺或丙烯酰吗啉中的一种；所述单体b为丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟异丙酯、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；所述单体c为n-乙烯基咪唑、1-烯丙基咪唑或1-(3-丁烯-1-基)-1h-咪唑中的一种。
8、其中，步骤(1)中，所述单体a的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的20％～30％；所述单体b的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的40％～50％；所述单体c的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的20％～30％。
9、其中，步骤(1)中，光引发剂为907、tpo、184、1173、detx、itx、369或2599中的一种；光引发剂的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的1～1.5％。
10、其中，步骤(2)中，所述有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺。
11、其中，步骤(2)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量3000-30000；聚乙烯吡咯烷酮与高分子聚合物的质量比为0.05～0.2:1。
12、其中，步骤(2)中，溶液中，高分子聚合物的质量浓度为0.4～0.6g/ml。
13、其中，步骤(2)中，所述氧化钨前驱体为磷钨酸、氯化钨、钨硅酸钠、钨硅酸钠钙、钨酸钠或钨酸钠钾中的一种；所述氧化钨前驱体的加入量为高分子聚合物和聚乙烯吡咯烷酮总质量的10～20％。
14、其中，步骤(2)中，烘干温度为100～120℃，烘干时间为不低于24h。
15、上述方法制得的光致变色涂层，涂层中，非晶wo3纳米点高度分散在聚合物网络中，非晶wo3纳米点的粒径为不高于1.03nm。
16、本专利技术光致变色涂层为无色透明状，非晶wo3纳米点吸收太阳光引发电子跃迁导致价态变化，使整个涂层着色，黑暗环境下，又快速变为无色透明状态。
17、本专利技术光致变色涂层在太阳光激发下wo3纳米点从氧化态转换为还原态，使整个涂层着色；涂层着色后能够有效减少室内对红外光的吸收，从而达到节能减排的效果。具体来说，随着在太阳光辐照时间增长，涂层由浅蓝色变为深蓝色，可以吸收较宽范围的红外光，吸收的红外光在涂层表面转化为热能，跟随自然风散失到外界空气中，从而节省室内制冷所需的能耗。
18、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著的优点：本专利技术涂层中的聚合物一方面可以限制wo3的生长和聚集，在聚合物网络中原位生长出尺寸在1nm左右的非晶态氧化钨纳米点，通过使非晶wo3纳米点高度分散在聚合物网络中(高度分散下不会形成晶体结构)，从而大幅提高涂层的透明度，使涂层在透明状态下可见光透光率达到96％；同时由于非晶wo3纳米点具有较小尺寸和大的比表面积，能够高度增强氧化还原反应的活性和速度，从而有效增强光响应速度与涂层变色深度；另一方面聚合物还能够大幅促进光激发下的电子和质子的转移速度以及氧气的渗透效果，进一步使涂层在具有瞬时光响应和快速褪色效果的同时变色程度大；本专利技术涂层还具有耐老化以及环境稳定性好的优点。
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【技术保护点】
1.一种有机-无机杂化光致变色涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述单体A为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种；所述单体B为丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟异丙酯、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；所述单体C为N-乙烯基咪唑、1-烯丙基咪唑或1-(3-丁烯-1-基)-1H-咪唑中的一种。
3.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述单体A的加入量为单体A、单体B和单体C总摩尔量的20％～30％；所述单体B的加入量为单体A、单体B和单体C总摩尔量的40％～50％；所述单体C的加入量为单体A、单体B和单体C总摩尔量的20％～30％。
4.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，光引发剂为907、TPO、184、1173、DETX、ITX、369或2599中的一种；光引发剂的加入量为单体A、单体B和单体C总摩尔量的1～1.5％。
5.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量3000-30000；聚乙烯吡咯烷酮与高分子聚合物的质量比为0.05～0.2:1。
7.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，溶液中，高分子聚合物的质量浓度为0.4～0.6g/mL。
8.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述氧化钨前驱体为磷钨酸、氯化钨、钨硅酸钠、钨硅酸钠钙、钨酸钠或钨酸钠钾中的一种；所述氧化钨前驱体的加入量为高分子聚合物和聚乙烯吡咯烷酮总质量的10～20％。
9.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，烘干温度为100～120℃，烘干时间为不低于24h。
10.权利要求1所述的制备方法制得的光致变色涂层，其特征在于：涂层中，非晶WO3纳米点高度分散在聚合物网络中，非晶WO3纳米点的粒径为不高于1.03nm。
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【技术特征摘要】
1.一种有机-无机杂化光致变色涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述单体a为丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺或n,n-二甲基丙烯酰胺中的一种；所述单体b为丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟异丙酯、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；所述单体c为n-乙烯基咪唑、1-烯丙基咪唑或1-(3-丁烯-1-基)-1h-咪唑中的一种。
3.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述单体a的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的20％～30％；所述单体b的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的40％～50％；所述单体c的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的20％～30％。
4.根据权利要求1所述的光致变色涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，光引发剂为907、tpo、184、1173、detx、itx、369或2599中的一种；光引发剂的加入量为单体a、单体b和单体c总摩尔量的1～1.5％...
【专利技术属性】
技术研发人员：付国东，田雨停，辛晓莹，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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