温敏性聚合物二氧化钒复合微凝胶的制备及其智能窗应用

化学气相沉积法制备智能窗用热致变色VO_(2)薄膜的研究进展鲍可;李西军【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2024(39)3【摘要】热致变色智能窗是通过在玻璃上沉积温度刺激响应型材料,实现根据环境温度调控窗户玻璃的太阳光透过率,减少建筑物能耗的节能窗户。

二氧化钒(VO_(2))是一种典型的热致相变材料,在~68℃发生金属-绝缘体相变,相变前后伴随光学性能的显著变化,在智能窗等多个领域有潜在的技术应用。

然而,当前VO_(2)基热致变色智能窗的应用仍存在着相变温度(τc)偏高、可见光透过率(Tlum)低和太阳能调节效率(ΔTsol)不足等问题,无法满足实际建筑节能的需求。

为了解决这些问题,研究人员开展了广泛而深入的工作。

化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)能够以合理的成本生产高质量、大面积的VO_(2)薄膜,受到研究者青睐。

本文总结了近年来利用CVD技术制备VO_(2)薄膜的研究进展,系统介绍常压化学气相沉积、气溶胶辅助化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积、原子层沉积和等离子体增强化学气相沉积等CVD工艺,分析了反应物种类及比例、反应温度、压力、载体流量等因素对VO_(2)薄膜质量的影响,并结合元素掺杂、纳米复合薄膜、多层膜结构等对VO_(2)薄膜的性能调控与优化进行总结,最后对未来等离子体增强化学气相沉积制备VO_(2)薄膜的研究前景做出展望。

【总页数】26页(P233-258)【作者】鲍可;李西军【作者单位】西湖大学先进微纳加工与测试平台;浙江省3D微纳加工和表征研究重点实验室;西湖大学芯片数字化生产技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】TQ174【相关文献】1.脉冲激光沉积法制备VO_2热致变色薄膜研究进展2.施加偏压对采用等离子体辅助热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积金刚石/碳化硅/硅化钴复合薄膜的影响3.热丝化学气相沉积法低温制备立方碳化硅薄膜4.热丝化学气相沉积法低温制备纳米晶态碳化硅薄膜(英文)5.热丝化学气相沉积法原位制备的MgB_2超导薄膜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

温敏性聚合物/二氧化钒复合微凝胶的制备及其智能窗应用致变色材料能够在环境刺激下改变透光率及颜色,从而调控太阳光透过率,是理想的智能窗材料,受到学术界和节能建筑业的广泛重视。

本文将传统的无机变色材料二氧化钒(VO2)与有机温敏性材料聚N-异丙基丙烯酰胺复合,研究了其作为新型智能窗材料的应用性能;此外,通过改性制备了pH/温度双敏感淀粉,研究了其溶液性质,为开发绿色和廉价的智能窗材料奠定了基础。

具体工作如下:(1)采用非传统Stober法成功制备以VO2为核的核壳结构VO2@SiO2纳米颗粒,通过FTIR,XRD,HRTEM对其结构进行了分析;利用差热分析仪在氧气氛围不同加热速率下研究发现,VO2@SiO2具有良好的抗氧化性,能在VO2@SiO2在后续的水凝胶体系里稳定存在。

同时采用硅烷偶联剂KH570(MPS)对纳米颗粒,通过FTIR、接触角等方法VO2@SiO2进行表面改性,制得VO2@SiO2@MPS证明表面改性成功。

(2)通过悬浮聚合,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺含量(bis)为交联剂,成功制备了粒径为200 nm左右分布均匀的PNIPAm微凝胶小球,其最低临界溶解温度(LCST)为32℃。

当NIPAm含量为 2.5wt%,bis含量为1wt%时,探讨了PVP含量对PNIPAm微凝胶用作智能窗材料时对太阳光调光率的影响。

利用动态光散射(DLS)和紫外可见红外光谱仪,对凝胶的粒径、相变速率、不同温度下太阳能调光率效率、高低温循环性能进行了系统研究。

当PVP含量为1g/L时,其平均可视透过率可达34.33%,太阳能调光率为64.99%。

然后将VO2@SiO2分散在PVP溶液中,通过悬浮聚合制备了VO2@SiO2@PNIPAm 复合凝胶,得到平均直径为200 nm的复合微凝胶。

通过对其太阳能调光率效率、高低温循环性能及凝胶相变速率的研究,发现VO2@SiO2的引入可增加5%太阳能调光效率。

温敏聚合物的制备及其在智能窗上的应用温敏聚合物的制备及其在智能窗上的应用智能窗作为现代建筑中的创新窗户产品，具有自动调节室内温度和光线透过程度的功能，受到了广泛的关注和应用。

而温敏聚合物作为智能窗技术中的重要材料，其制备方法及应用也成为了研究的热点之一。

温敏聚合物是一种可根据温度变化而呈现不同物性的聚合物材料。

当温度升高或降低到特定范围时，温敏聚合物会发生体积变化或形态变化，从而实现对光线透过度的调节。

其制备方法主要有两种：化学法和物理法。

化学法制备温敏聚合物的过程中，首先需要选择合适的单体。

常用的温敏单体有N-异丁烯基二甲基丙烯酰胺（N-isobutyl methacrylamide，NIBMA）、N-异丙基甲基丙烯酰胺（N-isopropyl methacrylamide，NIPMA）、N-丙基甲基丙烯酰胺（N-propyl methacrylamide，NPMA）等。

然后，在单体中添加合适的引发剂，通过自由基聚合的方式进行反应。

最后，通过过滤、洗涤、干燥等步骤，得到温敏聚合物。

物理法制备温敏聚合物主要有两种方法：自组装和共混。

自组装是指通过溶液处理、溶剂挥发或高温熔融等方式，温敏单体在特定条件下形成纳米颗粒结构。

共混是指将温敏聚合物与其他聚合物材料进行混合，通过共存结构来实现温敏性能。

这种方法简单易行，但温敏性能可能会受到其他聚合物的影响。

温敏聚合物在智能窗上的应用主要体现在两个方面：温度敏感调光和智能隔热。

温度敏感调光是指通过温敏聚合物的体积或形态变化，控制光线的透过度。

当室内温度升高时，温敏聚合物会发生体积膨胀，使窗户上的温敏薄膜变得密集，限制光线透过。

这样就可以有效地阻挡太阳辐射，减少室内的热量吸收，实现节能效果。

当室内温度降低时，温敏聚合物会发生体积收缩，使窗户上的温敏薄膜变得疏松，提高光线透过度，增加室内采光度。

这样就可以保证室内的舒适度和光线的利用率。

智能隔热是指通过温敏聚合物的温敏性能，实现窗户对室内外温度的隔离。

专利名称：基于二氧化钒薄膜卷曲结构的三维可动智能窗及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：梅永丰,李星
申请号：CN202011312360.7
申请日：20201120
公开号：CN112523656A
公开日：
20210319
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于智能窗技术领域，具体为一种基于二氧化钒薄膜卷曲结构的三维可动智能窗及其制备方法。

本发明智能窗结构包括：表面平整的石英玻璃衬底，形成于衬底上的由二氧化钒薄膜卷曲而成的管状结构阵列；每个管状结构可独立工作；二氧化钒薄膜在相变前后具有太阳光调控能力。

该智能窗的智能控光方式是：室温下卷曲的二氧化钒薄膜使卷曲的区域完全由石英透光，提高透光率；高温下，使卷曲二氧化钒结构因相变产生的应变变化导致曲率变小，直到完全展平在石英表面，重新与衬底贴合形成平面二氧化钒薄膜。

本发明在提高室温下透光率的同时，保持高温下对红外限制能力基本不变，从而提高智能窗的太阳光调制能力。

制备方法简单，成本较低，可大规模生产。

申请人：复旦大学
地址：200433 上海市杨浦区邯郸路220号
国籍：CN
代理机构：上海正旦专利代理有限公司
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摘要近年来，随着人工智能和可穿戴设备的发展，具有可弯折、可延展特性的柔性电子器件，在信息、能源、医疗和军事等领域得到了广泛应用。

目前，柔性电子器件的大规模集成和应用还主要集中于有机材料。

相比于有机材料，二维无机薄膜材料具有更优异的电学、光学、热学、力学和磁学等性质。

随着转印技术的发展，二维无机薄膜材料，例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、锆钛酸铅(PZT)等，被广泛用于柔性电子器件中，不仅大大提高了柔性电子器件的性能，而且促进了柔性电子器件对传统刚性电子器件的替代。

二氧化钒(VO2)薄膜材料，因其优异的金属-绝缘相变性质和高于其他材料的电阻温度系数，在开关器件和红外成像等方面得到了广泛应用。

目前，基于VO2薄膜的柔性电子器件的研究还处于初始阶段，VO2薄膜材料的制备和转印，以及基于VO2薄膜的柔性电子器件在电学、热学和力学等方面的研究和应用，对无机柔性电子器件的发展具有重要意义。

针对以上问题，本论文采用了高分子辅助沉积法在SiO2/Si衬底上，制备了用于转印的高质量VO2薄膜。

在对转印工艺进行改进后，将VO2薄膜转印到了聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底上。

之后，以层状结构的方式将VO2/PDMS与其他柔性基底，例如聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相结合，制备了电学性能优异的柔性电子器件，例如柔性呼吸传感器、柔性红外传感器和柔性温度-脉搏传感器。

在实际应用中，传感器在对拉伸应变调控、震动响应、红外传感、温度检测和呼吸探测等方面，具备了和刚性电子器件相比拟的电学特性，并且响应时间快、灵敏度高、可靠性高和抗疲劳特性好。

在使用高分子辅助沉积法对VO2薄膜的生长及VO2薄膜转印的研究中，通过对VO2薄膜沉积结晶的热力学过程进行分析，在780 K和还原性气氛的生长条件下，实现了VO2薄膜在SiO2/Si衬底上的生长。

VO2薄膜的绝缘-金属转变温度为360 K，金属-绝缘转变温度为328 K。

《温敏改性纳米SiO2复合物的制备及其在Pickering乳液中的应用》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料在各个领域的应用越来越广泛。

其中，纳米SiO2因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优异的化学稳定性和良好的生物相容性等，已成为了纳米科技领域的研究热点。

本文重点研究了温敏改性纳米SiO2复合物的制备方法，并探讨其在Pickering乳液中的应用。

二、温敏改性纳米SiO2复合物的制备1. 材料与方法温敏改性纳米SiO2复合物的制备主要涉及材料的选择、表面改性及复合过程。

首先，选择合适的纳米SiO2为基础材料，然后通过表面接枝或包覆温敏性聚合物，如聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）等，实现温敏改性。

最后，通过适当的复合工艺，将改性后的纳米SiO2与其他添加剂进行复合，得到温敏改性纳米SiO2复合物。

2. 制备过程具体制备过程如下：首先，将纳米SiO2进行表面清洗和活化处理，以提高其表面活性。

然后，在纳米SiO2表面接枝或包覆温敏性聚合物，形成温敏改性层。

最后，将改性后的纳米SiO2与其他添加剂进行复合，得到温敏改性纳米SiO2复合物。

3. 制备结果与表征通过透射电镜、红外光谱、X射线衍射等手段对制备得到的温敏改性纳米SiO2复合物进行表征。

结果表明，温敏改性层成功接枝或包覆在纳米SiO2表面，且复合物具有良好的分散性和温敏性能。

三、Pickering乳液的制备及性能研究1. Pickering乳液的制备以温敏改性纳米SiO2复合物为稳定剂，采用适当的乳化方法制备Pickering乳液。

通过调整温敏改性纳米SiO2复合物的浓度、乳化温度等条件，得到稳定的Pickering乳液。

2. Pickering乳液的性能研究对制备得到的Pickering乳液进行性能研究，包括乳液的稳定性、粒径分布、粘度等。

结果表明，以温敏改性纳米SiO2复合物为稳定剂的Pickering乳液具有良好的稳定性、较小的粒径和适中的粘度。

二氧化钒薄膜智能窗的研究进展
王超;赵丽;王世敏;董兵海;万丽;许祖勋;梁子辉;宋成杰
【期刊名称】《材料导报：纳米与新材料专辑》
【年(卷),期】2017(031)001
【摘要】二氧化钒具有良好的半导体一金属相变特性，在常温下，二氧化钒的晶体结构为单斜晶系结构（M相），随着温度的升高达到相变温度，二氧化钒的晶型变成四方晶红石结构（R相），当温度降低到相变温度时，二氧化钒的晶型又变回单斜晶系结构（M相）。

这种典型可逆热色特征，使二氧化钒成为当前建筑用智能窗材料的最佳选择。

综述了近些年来制备VO2薄膜的几种常用方法，并针对V02薄膜在热色智能窗应用方面存在的主要问题，从掺杂和复合薄膜结构两方面总结了提高V02薄膜性能的改进工艺，为推进V02薄膜智能窗的进一步研究提供了依据。

【总页数】7页(P257-262,272)
【作者】王超;赵丽;王世敏;董兵海;万丽;许祖勋;梁子辉;宋成杰
【作者单位】[1]有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉430062;[2]湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062
【正文语种】中文
【中图分类】TQ135.1
【相关文献】
1.二氧化钒薄膜相变特性及其制备研究进展
2.二氧化钒薄膜制备方法和热致相变性质的研究进展
3.二氧化钒薄膜制备方法研究进展
4.太赫兹波段二氧化钒薄膜的研究进展
5.二氧化钒薄膜制备工艺及其在开关器件的应用研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《温敏改性纳米SiO2复合物的制备及其在Pickering乳液中的应用》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料在各个领域的应用越来越广泛。

其中，纳米SiO2因其独特的物理化学性质，如高比表面积、良好的生物相容性和优异的化学稳定性，受到了广泛关注。

近年来，温敏改性纳米SiO2复合物作为一种新型的智能材料，在Pickering乳液中展现出独特的应用潜力。

本文旨在探讨温敏改性纳米SiO2复合物的制备方法及其在Pickering乳液中的应用。

二、温敏改性纳米SiO2复合物的制备温敏改性纳米SiO2复合物的制备主要包括原料选择、表面改性、复合物制备等步骤。

1. 原料选择制备温敏改性纳米SiO2复合物的主要原料为纳米SiO2、温敏性聚合物以及其它添加剂。

其中，纳米SiO2的粒径、比表面积等性质对最终产品的性能有着重要影响。

温敏性聚合物则决定了复合物的温度敏感性。

2. 表面改性表面改性是提高纳米SiO2与温敏性聚合物之间相互作用的关键步骤。

通过表面改性，可以使纳米SiO2表面带有特定的官能团，从而与温敏性聚合物形成良好的结合。

常用的表面改性方法包括化学法、物理法等。

3. 复合物制备将改性后的纳米SiO2与温敏性聚合物进行复合，通过溶胶-凝胶法、原位聚合法等方法制备出温敏改性纳米SiO2复合物。

在制备过程中，需要控制反应温度、时间、浓度等参数，以保证复合物的性能。

三、Pickering乳液的制备及应用Pickering乳液是一种以固体颗粒为乳化剂的乳状液。

温敏改性纳米SiO2复合物作为一种新型的乳化剂，在Pickering乳液中展现出优异的表现。

1. Pickering乳液的制备以温敏改性纳米SiO2复合物为乳化剂，通过油相与水相的混合、搅拌、乳化等步骤，制备出Pickering乳液。

在制备过程中，需要控制乳化剂的浓度、搅拌速度、温度等参数，以获得稳定的乳状液。

2. Pickering乳液的应用Pickering乳液在食品、医药、化妆品、石油等领域有着广泛的应用。

二氧化钒纳米材料的制备及应用二氧化钒（Vanadium Dioxide，VO2）是一种非常神奇的材料，在低温（室温或更低）下，它是一种绝缘体，电阻极高，而在高温下却变成了一种金属，电阻迅速下降。

因此，二氧化钒可以用于制作热敏开关、高温传感器、可调谐滤波器、光电器件等多种应用中，成为了材料界的热门研究领域之一。

然而，传统二氧化钒材料的制备方法比较繁琐，成本也比较高。

近年来，随着纳米材料技术的进步，二氧化钒的制备方法也开始向纳米级别转化。

二氧化钒纳米材料因具有特殊的表面性质和形貌特点，具有比传统二氧化钒材料更优异的物理和化学特性，，在材料科学、纳米技术等领域中具有广泛的应用前景。

一、二氧化钒纳米材料的制备方法1.热解法热解法是通过控制材料的热分解反应过程来制备二氧化钒纳米材料。

这一方法最为简单，可以使用普通的化学试剂，操作成本低廉，但材料的纯度和输运方式对制备结果影响较大。

2.水热法水热法是通过在高温高压下将VO2前体（如V2O5）与水反应合成。

该方法具有产物纯度高、反应进程易控制等特点。

同时，水热法也可以制备各种形态的二氧化钒纳米材料，如纳米片、纳米棒等。

3.溶剂热法溶剂热法是将VO2前体放入有机溶剂中，在高温高压下，通过前体的热分解生成二氧化钒。

该方法制备的二氧化钒纳米材料尺寸分布集中、纯度高、形貌可控，但需要精密的反应条件和设备。

二、二氧化钒纳米材料的应用1.热敏开关二氧化钒的热敏特性是其最为重要的特点之一。

因此，二氧化钒纳米材料在热敏开关的应用上具有广阔的发展前景。

由于纳米材料比普通材料更敏感，因此，利用二氧化钒纳米材料制作的热敏开关具有响应速度快、可靠性高等优点，正在被广泛研究和应用。

2.高温传感器二氧化钒在高温下呈现出金属性，因此，它可以用于高温传感器的制作中。

利用二氧化钒纳米材料制作的高温传感器，具有高稳定性、高灵敏度、高精度等特点，能够承受高温环境的长期作用，被应用于各种工业领域，如火力发电、钢铁冶炼等。