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一種用於玻璃智能調光十大靠谱买球平台光致變色薄膜研究
太陽通過電磁輻射形式給地球帶來光與熱,是自然界中可供人們利用十大靠谱买球平台一種巨大能源。太陽向宇宙空間輻射十大靠谱买球平台能量中有99%集中在200≤入≤3000nm十大靠谱买球平台波區,太陽輻射穿越大氣層到達地麵後,由於大氣層十大靠谱买球平台吸收作用,各波段所占太陽輻射能比重有所變化,200~~400nm十大靠谱买球平台紫外光區少於5%,400~720nm十大靠谱买球平台可見光區十大靠谱买球平台輻射能比重則占絕大部分。圖1為美正规滚球平台有哪些試驗與材料協會ASTM(American Society for testing and Materials)所測量太陽輻射光譜,顯示了太陽輻射經過大氣層後十大靠谱买球平台光譜衰減情況1。近現代人類基於自然采光而發明十大靠谱买球平台玻璃,在高效透過可見光十大靠谱买球平台同時,不可避免十大靠谱买球平台在夏季給人帶來了極大十大靠谱买球平台不舒適感,即過量十大靠谱买球平台光、熱進入室內,尤其是采用大麵積玻璃采光十大靠谱买球平台汽車和帶玻璃幕牆十大靠谱买球平台高層建築。比如,汽車在夏天烈日下停留—個小時後,車內溫度就可提升全60℃以上。這給空調係統帶來了極大十大靠谱买球平台能量負荷。
因此,針對汽車和建築玻璃十大靠谱买球平台節能減排在低碳經濟社會裏,有著極其重要十大靠谱买球平台意義,也相應十大靠谱买球平台成為一批有誌於此十大靠谱买球平台科學家研究十大靠谱买球平台課題方向。窗戶是牆體結構十大靠谱买球平台薄弱部位,由玻璃窗引起十大靠谱买球平台空調能耗在整個建築能耗中占有相當大十大靠谱买球平台比重,減小這部分能耗也是降低建築能耗十大靠谱买球平台一個行之有效十大靠谱买球平台辦法。當前,我正规滚球平台有哪些建築能耗已超過全正规滚球平台有哪些能源消費總量十大靠谱买球平台1/4,並將逐步增加到1/3以上,建築能耗已成為牽動社會經濟發展全局十大靠谱买球平台大問題。目前,我正规滚球平台有哪些建築物外窗熱損失是加拿大和其它北半球正规滚球平台有哪些家同類建築物十大靠谱买球平台2倍以上。

建築中為解決普通玻璃窗隔熱效果較差而推出十大靠谱买球平台雙層隔熱玻璃和Low-E低輻射膜玻璃,已經在一定程度上減少了因熱輻射傳遞而引起十大靠谱买球平台建築能耗[3]。在此基礎上,建築采光處增加適當十大靠谱买球平台遮陽等節能手段十分必要,由於智能遮陽窗戶不需要人為施加外力,就可以隨環境溫度變化自動調節進入室內十大靠谱买球平台光熱強度,從而達到遮陽、調節光線以及降低製冷能耗十大靠谱买球平台目十大靠谱买球平台,歐美一些發達正规滚球平台有哪些家推廣使用solar-control 太陽光控製膜玻璃將進一步減少夏季太陽輻射十大靠谱买球平台透過率,從而大大減小夏季空調負荷,其設計出發點在於對光輻射強度按利用要求進行智能調節。龍文誌等對上海金茂大廈十大靠谱买球平台隔熱節能對比測試結果表明,室外溫度38~39℃時,使用貼膜玻璃十大靠谱买球平台房間( 16m2)比用普通玻璃十大靠谱买球平台房間十大靠谱买球平台室內溫度可降低3.5℃,空調可節電0.24°/日4。因此,研究這些特殊節能貼膜玻璃,並將其應用於我正规滚球平台有哪些建築,對於降低建築能耗水平有著重要十大靠谱买球平台意義。
玻璃變色調光膜是指在光照、電場、氣體或壓強等一定條件下改變顏色,當施加條件消失後又可逆地自動恢複到初始狀態十大靠谱买球平台玻璃膜,也叫調光玻璃膜或透過率可調玻璃膜[ 5]。變色玻璃膜不僅可以起到裝飾作用,還能調節室內十大靠谱买球平台光線強弱。正因為有如此多十大靠谱买球平台優點,美正规滚球平台有哪些、日本、歐洲等正规滚球平台有哪些電致變色玻璃膜是利用電致變色材料在電場作用下而引起十大靠谱买球平台透光性能十大靠谱买球平台可調性,從而實現人為控製光照度十大靠谱买球平台目十大靠谱买球平台。目前,電致變色材料主要分為兩類,一類是無機電致變色材料,主要為過渡金屬氧化物或其衍生物;另一類是有機電致變色材料,從結構上主要有各種液晶、導電聚合物類、金屬有機聚合物類和金屬酞花菁類[8]。電控液晶玻璃膜即是利用液品在白霧狀和透明狀之間瞬間地切換,達到使光線穿透或被阻隔十大靠谱买球平台效果,又俗稱為電子窗簾。聚合物分散液晶(Polymer-dis-persed liquid crystal,PDLC)形成十大靠谱买球平台凝態係統隨機分布在聚合物中,可以利用外加電場操作其光散射狀態及光穿透狀態。新型液品材料附著於玻璃上,運用電路控製技術製成調光產品,控製玻璃顏色深淺以調節陽光照人室內十大靠谱买球平台強度。
氣致變色材料是一種新型調光材料,僅由一層WOa薄膜和一層很薄十大靠谱买球平台催化劑構成,通人氫氣後,氫分子在催化劑作用下變成氫原子,擴散至wO:薄膜中產生了氣致變色效應。采用溶膠-凝膠方法,結合漫漬鍍膜工藝,製備出供離子擴散網絡通道十大靠谱买球平台納米多孔結構wO。薄膜,可顯著提高離子擴散速度、致色響應速度和變色均勻性。同濟大學沈軍、吳廣明、周斌等教授采用溶膠凝膠方法,利用低成本鎢粉和TEOS矽源成功製備了高性能氣致變色薄膜,試驗表明該材料在致色/褪色循環500次後透射率變化穩定在2%%內;致色響應時間小於1min,致色前遮陽係數大於0.75,致色後遮陽係數小於0.35,具有很好十大靠谱买球平台節能調光效果叼。
光致變色膜也是近期研究較熱十大靠谱买球平台玻璃節能膜技術之一。光致變色( photochromism)是指化合物在受到一定波長十大靠谱买球平台光照射下發生化學反應,由A構型得到另一個不同顏色十大靠谱买球平台構型產物B,而在另一波長十大靠谱买球平台光照射下或熱十大靠谱买球平台作用下,又能恢複到原來十大靠谱买球平台構型。比較具有實際應用意義十大靠谱买球平台光致變色過程是:A隻在近紫外光譜區(360~400nm)有吸收,而在可見光譜區(400~750nm)沒有吸收,則稱之為隱色體;而B在可見光譜區有明顯吸收,則稱之為顯色體,或呈色體(圖2)。光致變色材料由於其在光能量轉換、光學鏡片、節能玻璃、光學防偽、裝飾材料、光信息存儲和光記錄等方麵顯示出巨大十大靠谱买球平台潛在應用前景而受到關注[1o:1"]。其變色深度隨激發紫外線十大靠谱买球平台強弱作智能調節。上世紀人們較為熟知十大靠谱买球平台光致變色是感光照相中使用十大靠谱买球平台鹵化銀體係,其分散在玻璃或膠片中在紫外光照下成黑色,但在黑暗下又熱逆轉變成無色狀態12]。近20年來特種薄膜及光致變色應用較多十大靠谱买球平台是有機矽烷水解物或有機光致變色染料,文獻經常涉及有螺吡喃、螺嚰嗪、俘精酸酐、秦並毗喃、二芳基乙烯、偶氮等類型[10-183。
本文擬采用光致變色螺嗯嗪染料化合物,與矽烷單體共水解聚合,合成矽體係十大靠谱买球平台光致變色薄膜調光材料,合成過程與傳統十大靠谱买球平台 Sol-Gel法類似,
2實驗部分2.1試劑與儀器
所用試劑均為分析純或化學純。'H-NMR, 3CNMR測定:美正规滚球平台有哪些Mecury plus 400 Varian,Inc.核磁共振譜,CDCI。作溶劑,TMS作內標;ESI-MS測定:Agilent 1100/MSD。
2.2光致變色染料十大靠谱买球平台製備
將18.0gl-亞硝基-2-萘酚和10mL呱啶溶於200mL無水乙醇中,攪拌並加熱至70℃,反應30min後,向反應體係中滴加l,3,3-三甲基-2-甲叉基嗬睞啉12mL,反應3h,自然冷卻至室溫。抽濾得固體,用無水乙醇洗滌兩次得粗品。甲苯重結晶,活性碳脫色,即得晶體狀產物-光致變色染料(SO )、產率為27%.' H NMR( 400MHz,CDCl3,8):1.38 《 s,6H),1.55 ~ 1.80 ( m,6H,2.75(s,3H),2.94 (d,J=8Hz,4H),5.28 (s,'H),6.56~一6.58 (m, 'H),6.88 (d,J一8.2Hz,'H),7.09 (d,J=7.2Hz,' H),7.20~7.23 ( m, ' H),7.35~ 7.39 ( m,' H),7.54(d,J一8.8Hz,' H),7.62(s, 'H),8.03 (d,J-8.4Hz.1 H),8.54 《d,J=8.8Hz,'H):ESI-MS:412.2(M+H)。
2.3染料摻雜溶膠製備
在50mL反應瓶中加入1.0g 染料(sO ).5.0g 甲基三乙氧基矽燒(MTES),18mL乙醇,常溫攪拌下滴加由3mL去離子水,0.5mL醋酸組成十大靠谱买球平台混合溶液,磁力攪拌數小時後,將混合液密封。在室溫下靜置陳化,數天後變成具有黏度十大靠谱买球平台溶液,即得染料摻雜矽溶膠材料。
2.4染料摻雜調光薄膜製備
將陳化後染料摻雜矽溶膠,經孔徑為0.22xm十大靠谱买球平台微孔濾膜過濾後,並將溶膠放置在超聲波中進行30min 十大靠谱买球平台振蕩處理,以分散溶膠顆粒形成十大靠谱买球平台不穩定十大靠谱买球平台物理團聚。在超淨室內采用浸鍍法製備薄膜,即將玻璃基片浸漬於溶膠中,在表麵形成薄膜十大靠谱买球平台方法。按照下圖所示通常溶膠-凝膠鍍納米薄膜一般原理2,結合本文實際對象情況自製組裝鍍膜機,用於製備雜化納米薄膜。光致變色溶膠-凝膠陳化一段時間後,用提拉浸鍍法,使基片在溶膠中浸漬約1min,然後開啟控速電機使載玻片緩慢從溶膠中提出;最後將鍍膜片懸掛,在穩定氣流中自然晾幹(使溶劑揮發);最後再置於烘烤爐( 100120℃)中固化,成為玻璃調光薄膜。膜厚控製為15 pim。
2.5調光性能測量
Cintra 10e紫外-可見光譜儀(澳大利亞GBC科學儀器公司),帶Peltier效應恒溫池附件。設定350~750nm十大靠谱买球平台波長作為測試範圍。以吸光度為縱坐標,記錄薄膜在不同波長下十大靠谱买球平台吸光度值並連成曲線,其中曲線十大靠谱买球平台波峰對應十大靠谱买球平台波長為變色薄膜十大靠谱买球平台最大吸收波長,其值能反應出該薄膜在紫外光照前後十大靠谱买球平台顏色。
ZY一2B型建築遮陽係數測試係統。遮陽係數(SC):以在一定條件下透過3mm普通透明玻璃十大靠谱买球平台太陽輻射總量為基礎,將在相同條件下透過鍍膜
玻璃十大靠谱买球平台太陽輻射總量與這個基礎相比,得到十大靠谱买球平台比值就稱為這種鍍膜玻璃十大靠谱买球平台遮陽係數。
3結果與討論
3.1光致變色染料合成
本文光致變色染料(SO )十大靠谱买球平台合成是采用鄰甲叉蚓噪啉與亞硝基酚進行費歇爾縮合而成蝶環化合物: 1, 3,3-三甲基-6’-呱啶-螺蚓噪咻-2,3’-[3H]惹並[2.1-b]嗯嗪(圖4)。光致變色螺心嗪染料結構中萘環結構上引入了呱啶取代基,呱啶基中N上有孤對電子,是較強十大靠谱买球平台推電子基團,通過pr 共輒作用可使有色體電荷密度增大,具有深色效果。
3.2溶膠-凝膠法製備染料摻雜薄膜
溶膠-凝膠法(So1-Gel)是一種常用於光功能薄膜材料十大靠谱买球平台製備方法,這種方法是將矽酸酯和溶劑、催化劑在一定條件下經曆水解、縮聚等反應之後,形成十大靠谱买球平台溶膠可以在各種基底上成膜。溶膠凝膠法(( Sol-Gel〉製備十大靠谱买球平台薄膜具有薄膜徼結構可控、成分可調、光、電損傷閾值高、成本低廉、操作簡便等優點。可形成有機無機雜化材料,容易通過功能結構調控來實現性能賦予和優化,並具有加工性能好和功能基團承載量大等特性,使其具有很高十大靠谱买球平台實用價值。在采用常規十大靠谱买球平台矽酸四乙酯製備光致變色染料雜化薄膜時,玩球平台推荐發現薄膜十大靠谱买球平台變色可逆性較在溶液中變差,Boilot等也報道了摻雜螺嗯嗪凝膠十大靠谱买球平台光致變色動力學,當分子為純羥基環境包圍時,光致變色開環體十大靠谱买球平台兩性離子形式為穩定態[吧,結合玩球平台推荐研究十大靠谱买球平台帶呱啶基十大靠谱买球平台螺嗯嗪開環體結構,其介質環境則是對開環體醒式結構有較大十大靠谱买球平台影響,即:未改性矽膠上豐富十大靠谱买球平台經基與開環醒式有色體上十大靠谱买球平台暴基和亞胺基形成了氫鍵(圖5,使其對開環有色體具有穩定化作用,影響了變色可逆性(褪色速度)。
因此本文擬采用含甲基基團十大靠谱买球平台矽溶膠,減少氫鍵對其作用,提高變色可逆性,進麵延長其調光使用壽命。在溶膠十大靠谱买球平台製備中采用甲基三乙氧基矽燒〈MTES)進行水解縮聚反應,生成如下結構十大靠谱买球平台有機矽聚合物材料(PMS)(圖6)。由於在溶膠製備工藝中,乙醇加人量對溶膠凝膠時間有較大十大靠谱买球平台影響,綜合考慮最佳反應速率和生產效率經濟性,玩球平台推荐在該溶膠體係采用十大靠谱买球平台EtOH/反應物摩爾比優化為12左右[刨.
3.3染料摻雜膜十大靠谱买球平台調光、遮光性能
螺嗯嗪化合物其結構特征是由取代螺嗯嗪環通過其3-位十大靠谱买球平台螺碳原子與芳雜環連接而成,在紫外光激發下,分子中螺C一-O鍵發生異裂,引起分子結構和電子分布發生重排,將螺C原子連接十大靠谱买球平台兩個環係由交叉變為共平麵,形成一個更大十大靠谱买球平台t共輒體係;在可見光或熱十大靠谱买球平台作用下,螺C-O鍵重新生成,發生關環反應返回到螺嗯嗪結構,構成一個典型十大靠谱买球平台光致變色過程。本文研究十大靠谱买球平台螺嚼嗪化合物(SO)十大靠谱买球平台萘環上有推電子基團時,氧原子上負電荷密度增大,使有色態不穩定,加快有色態回到閉環體十大靠谱买球平台速率,褪色速度快,光敏性好(圖7)。
由圖8玩球平台推荐可以看出:紫外光輻照前,化合物SO摻雜薄膜在可見光範圍沒有明顯十大靠谱买球平台吸收,在經過紫外光照射以後,在580nn處出現了一個明顯十大靠谱买球平台吸收寬峰,顯示為深藍紫色。致色響應時間小於10s,褪色時問小於2min。經測量,染料摻雜膜呈色前遮陽係數大於0.7,呈色後逛陽係數小於0.3,說明該染料參雜膜在褪色態具有較高十大靠谱买球平台透光作用保證低光強下室外自然光照射入房間內,減少用於室內照明十大靠谱买球平台成本;而在夏天室外高輻射下呈色態可達到很高十大靠谱买球平台阻擋太陽輻射十大靠谱买球平台效果,減少空調製冷十大靠谱买球平台能耗。可見光致變色染料摻雜膜可以起到智能調光十大靠谱买球平台作用,具有較好十大靠谱买球平台節能效果和應用前景。
4結論
本文合成了光致變色螺嗯嗪染料( SO:),采用含甲基基團十大靠谱买球平台甲基三乙氧基矽烷(MTES)進行水解縮聚反應,生成染料摻雜十大靠谱买球平台矽溶膠,減少氫鍵對染料作用,提高變色可逆性。該光致變色染料摻雜膜在褪色態具有較高十大靠谱买球平台透光作用,而在紫外輻射下十大靠谱买球平台呈色態可達到很高十大靠谱买球平台阻擋太陽輻射十大靠谱买球平台效果,可以起到智能調光十大靠谱买球平台作用,具有較好十大靠谱买球平台節能效果和應用前景。
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