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常温可逆温致变色水泥的制备及其智能调温效果研究

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常温可逆温致变色水泥的制备及其智能调温效果研究3马一平(同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海200092)

摘　要:　采用在白水泥中掺加常温可逆温致变色微胶囊制备出了常温可逆温致变色水泥基材料。掺10%变色微胶囊后,水泥基材料的颜色可在低温时红、蓝、绿色和高温时的白色之间可逆变化,其变色温度在42～58℃;掺加变色颜料微胶囊后,水泥细度有所下降,标准稠度用水量有所增加,凝结时间、安定性均合格,同流动度条件下,硬化水泥浆体抗折、抗压强度出现一定幅度的下降。所研究出的材料具有低温下吸收太阳能、高温下反射太阳能、且能随温度进行可逆转换的智能调温功能,符合建筑物冬暖夏凉的智能调温要求。关键词:　常温可逆温致变色;水泥;建筑热环境中图分类号:　TB34文献标识码:A文章编号:100129731(2006)07210762021　引　言房屋的冬暖夏凉是人类梦想,现实往往冬冷夏热,原因一方面在于太阳对地面入射角在冬夏发生较大变化[1],另一方面在于建筑材料的太阳能吸收率和热发射率不能随季节变化而产生变化,采暖制冷来营造建筑热舒适环境,大量消耗地球宝贵的矿物能源,美国建筑能耗已占全美总能耗的38%,我国也已上升到近年的27.8%[2],能源和环境保护形势严峻。为节约能源,需要研究出一种在夏季呈大量反射太阳辐射、大量发射自身热量(即低吸收率,高发射率状态),而到冬季转换成大量吸收太阳辐射、很少发射自身能量(即高吸收率,低发射率状态),并且两种状态于18℃(建筑热舒适温度)自发可逆转换的吸热绝热建筑材料。水泥混凝土是当今世界重要的建筑结构材料,但不具备上述吸热绝热性能。结合材料对太阳能的吸收和自身的热发射均发生于材料表面,而水泥基材料是建筑物材料表面的一个重要组成部分,故研究具有吸热绝热转换功能的常温可逆温致变色水泥基材料的具有重要意义。笔者已在全球研制出对太阳辐射的吸收呈常温可逆温致变色的材料,并发现其吸收发射比在18℃上下,于0.39～0.55之间呈可逆变化[3～5]。但具有吸热绝热功能的水泥基材料在全球范围尚未见有研究资料报道,其研究可使建筑能耗及环境污染等问题得到彻底解决,具有巨大的经济效益和社会效益。

2　常温可逆温致变色水泥的制备根据可逆变色理论,笔者发现了数种常温可逆温致变色材料。其具体组成、制备、性能等资料详见文献[3～5]。当将上述变色材料与水泥直接复合时,发现其温致变色性能会严重丧失,进而采用微胶囊制备方法制出常温可逆温致变色颜料微胶囊。光学显微镜观察发现微胶囊大多为球形小粒子,平均直径在7μm左右。实验采用的微胶囊编号、变色温度、目测变色情况见表1。

表1　常温可逆温致变色颜料微胶囊Table1Microencapsulesofthermochromicdyesatnormaltemperature编号组 成变色温度(℃)颜色变化R30内酯型化合物1∶显色剂∶溶剂=1∶5∶3030红色Ζ无色G30内酯型化合物2∶显色剂∶溶剂=1∶5∶3030绿色Ζ无色B30内酯型化合物3∶显色剂∶溶剂=1∶5∶3030蓝色Ζ无色H30内酯型化合物4∶显色剂∶溶剂=1∶5∶3030黑色Ζ无色 实验采用上海白水泥有限公司生产的银鸽牌425#白色硅酸盐水泥,水为自来水。

在白色硅酸盐水泥中掺加一定数量的常温可逆温致变色微胶囊,通过机械搅拌混均可制成常温可逆温致变色水泥材料。3　常温可逆温致变色水泥的基本性能筛分结果表明纯白水泥筛余量为4.0%,掺10%

蓝变色颜料微胶囊B30水泥筛余量为2.5%,两者均符合国家标准规定。掺10%变色颜料微胶囊后,水泥标准稠度用水量约增加13%,初凝、终凝时间、安定性

6701功能材料 2006年第7期(37)卷3基金项目:国家自然科学基金资助项目(50278071)收到初稿日期:2005209223收到修改稿日期:2006203212通讯作者:马一平作者简介:马一平　(1960-),男(回族),山东济宁人,教授,博士,主要从事纤维增强水泥基材料和智能温控材料的研究。无显著影响。采用了10mm×10mm×35mm试模进行水泥净浆强度实验,结果表明掺10%变色颜料微胶囊后水泥3、7、28d抗压强度分别下降了42.6%、34.9%和38.5%,抗折强度则分别下降了21.7%、19.4%和19.4%,原因一方面在于掺加变色微胶囊后,标准稠度水泥浆体水灰比由0.27增大至0.31,造成强度下降,另一方面在于微胶囊自身强度很低,掺加后势必将引起硬化水泥浆体强度下降,此因素虽难以消除,但考虑到变色水泥今后主要用于建筑物表面发挥功能作用,似尚可接受。4　常温可逆温致变色水泥的变色性能采用WGD520.2高低温实验箱进行常温可逆温致变色水泥变色性能的实验。实验时按153.0ml水:(450g白水泥+50g变色颜料微胶囊)分别制作红、绿、蓝3块直径在3cm左右、厚约3mm的水泥试饼,在恒温保湿箱中养护24h后,在20℃水中养护7d。将红、绿、蓝三色水泥试饼放入实验箱内,由程序控制进行升温,从20℃开始,每2min升高1℃,保温3min,采用目测法,观察颜色变化情况。实验中发现蓝色水泥试件颜色随温度变化可在低温时的蓝色和高温时的白色之间可逆变化,变色温度在42℃左右;红色水泥试件、绿色水泥试件颜色随温度变化可在低温时的红色、绿色和高温时的近似白色之间可逆变化,变色温度均在58℃左右。5　常温可逆温致变色水泥的智能调温效果将自制保温木箱放入WGD520.2高低温实验箱,箱子对着200W灯的一面为活动抽板。分别将白水泥、掺10%黑变色微胶囊的白水泥(其在52℃由黑色变为白色)和黑漆涂料涂覆在2mm厚磨砂玻璃上制成的样品作为抽板,实验时分别将高低温实验箱内的温度设置为30和60℃,打开灯照射抽板模拟冬、夏受日照情况,测试保温箱内温度,检测常温可逆温致变色水泥的智能调温效果。结果表明低温下(即30℃时)未变白的黑变色水泥样品比白水泥样品吸收光线多,光热转换效果强,光照1h使箱内温度多升高约2.5℃,符合冬季室内需要升温加热的要求,且较之黑漆样品多升高5℃还有进一步提高的潜力;高温下(即60℃时)已变白的黑变色水泥样品与白水泥样品一样反射光线,光热转换效果弱,光照1h使箱内温度升高与白水泥样品几乎一样,表现出其黑色的光热转化强的效果消失了,符合夏季室内需要反射绝热的要求,而黑漆样品在不需要热量时仍然具有强光热转化效应,使箱内过热,考虑到变色样品的可逆温致变色性,故所研究出的变色水泥材料符合冬暖夏凉的智能调温要求方向,但其变色温度尚需进一步研究降低。

6　结　论采用在白水泥中掺加常温可逆温致变色微胶囊制备出了常温可逆温致变色水泥基材料;掺加10%变色微胶囊后,水泥细度有所下降,标准稠度用水量有所增加,凝结时间、安定性合格,同流动度条件下,硬化水泥浆体抗折、抗压强度出现一定幅度的下降;该材料具有低温下吸收太阳能、高温下反射太阳能、且能随温度进行可逆转换的智能调温功能,符合建筑物冬暖夏凉的智能调温要求。

致谢:感谢上海市重点学科建设研究项目对本课题的大力支持!

参考文献:

[1]　山田雅士.建築の断热[M].北京:中国建筑工业出版社,1984.[2]　http://house.sina.com.cn,建筑专家开发商共议:建筑节能迫在眉睫,2005206230.

[3]　马一平,朱蓓蓉,吴科如.[J].建筑材料学报,2001,4(3):2112216.[4]　MaYiping,ZhuBeirong,WuKeru.[J].JournalofCoat2ingTechnology,2000,72(911):67272.[5]　MaYiping,ZhangXiong,ZhuBeirong,etal.[J].SolarEnergy,2002,72(6):5112520.

Researchonthepreparationofreversiblythermochromiccementatnormaltemperatureandtheeffectoftemperature2controlintelligentlyMAYi2ping(KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofEducationMinistry,

TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Inthispaper,thereversiblythermochromiccementatnormaltemperaturewaspreparedoutbyaddingreversiblythermochromicmicroencapsulesinwhiteportlandcement.TheresearchresultsshowedthatthecolorofthereversiblythermochromiccementaddedwithB30couldbechangedreversiblyfromblueatlowertempera2turetowhiteathighertemperature,andtheswitchingtemperaturewasabout42℃.WhenaddedwithR30orG30,thecolorcouldbereversiblychangedfromredorgreentowhite,andtheswitchingtemperaturewasabout58℃.WhenB30wasaddedinwhiteportlandcement,thewaterdemandforthestandardconsistencyofcementslurryincreased,andthemechanicalproperties,suchasflexuralstrengthandcompressivestrength,decreased,butthesettingtimeandthesoundnessofcementwerenotbeaffected.Theresearchedreversiblythermochromiccementhadtheintelligent2temperature2controlfunctionforbuildings.Keywords:reversiblythermochromicatnormaltemperature;cement;thermalenvironmentforbuildings

7701马一平:常温可逆温致变色水泥的制备及其智能调温效果研究

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电致变色材料的变色机理及其研究进展

电致变色材料的变色机理及其研究进展

3教育部跨世纪优秀人才资助项目;江苏省自然科学基金项目资助(B K2004121)　沈庆月:女,1981年生,硕士研究生,从事功能高分子材料研究　陆春华:通讯联系人　E 2mail :chhlu @电致变色材料的变色机理及其研究进展3沈庆月,陆春华,许仲梓(南京工业大学材料学院,南京210009) 摘要 电致变色材料是目前公认的最有发展前途的智能材料之一。

简要介绍了无机电致变色材料(如WO 3、MoO 3、NiO 、IrO x 等)和有机电致变色材料(如紫罗精、稀土酞花菁、聚苯胺等)这两种不同类型的变色材料及其研究现状,阐述了电致变色现象及其变色机理,并展望了其应用前景和发展方向。

关键词 电致变色　有机电致变色材料　无机电致变色材料　变色机理中图分类号:O484 文献标识码:A Color 2changing Mechanism of Electrochromic Materials and Their R esearch ProgressSH EN Qingyue ,L U Chunhua ,XU Zhongzi(College of Materials Science and Technology ,Nanjing University of Technology ,Nanjing 210009)Abstract Electrochromic material is one kind of acknowledged prospective intelligence materials at present.In this article ,inorganic electrochromic materials such as WO 3,MoO 3,NiO ,IrO x and organic elctrochromic materials such as viologen ,rare earth phthalocyanin ,polyaniline and their current situation are briefly introduced.At the same time ,their color 2changing mechanisms are explained ,and their application foreground and developing direction are presented.K ey w ords electrochromism ,organic electrochromic material ,inorganic electrochromic material ,color 2chan 2ging mechanism 电致变色(Electrochromism ,简写为EC )是指在电流或电场的作用下,材料发生光吸收或光散射,从而导致颜色产生可逆变化的现象。

聚苯胺基反射型柔性电致变色器件的制备与工艺研究

聚苯胺基反射型柔性电致变色器件的制备与工艺研究


a
PANI on the working electrode The amount of
Working electrode / PANI Liquid electrolyte gel / m 2 Reverse electrode / PANI Working electrode / PANI Liquid electrolyte gel / m 2 Reverse electrode / PANI Working electrode / PANI Liquid electrolyte gel / m 2 Reverse electrode / PANI
电致变色材 料 在 外 加 电 流 或 电 场 的 作 用 下， 发生电化 学 氧 化 或 还 原 反 应， 其光学性能（ 透射 反射率 、 吸收率 和 发 射 率 等 ） 在 可 见 光 波 长 范 率、 围内产生稳定的 可 逆 变 化， 从而在外观上表现为 颜色等光学性能的 可 逆 变 化
［1］
并对其光学性能 、 各层的 射型柔性电致变色器件， 工艺用量对其变色性能的影响等进行了系统研究 ．
1
1. 1
实验部分
实验药品 AR ） ， 苯胺 （ Ani ， 十 二 烷 基 苯 磺 酸 （ DBSA ，
． 利用电致变色现
象 可 制 作 多 种 电 致 变 色 器 件 （ electrochromic device ，ECD ） ， 其 具 有 人 为 可 控 制、 视 角 宽、 驱动 电压 低 、 颜色变化可调节、 可 大 面 积 化、 响应速度 快、 重复性好等优点， 在变色伪装 、 智能材料 、 新型 显示器件等方面引起了广泛关注
Fig． 1
Structure of the reflective electrochromic device
电致变色技术研究进展和应用

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电致变色技术研究进展和应用韦友秀;陈牧;刘伟明;厉蕾;张官理;颜悦【摘要】经过多年的研究和发展,电致变色技术已被应用于建筑窗、汽车防眩后视镜、飞机舷窗等领域.本文概述了电致变色器件的结构、工作原理、材料分类、以及特性要求,阐述了电致变色薄膜的制备方法和实现应用的技术要求,并总结分析了国内外发展状况和最新进展.将电致变色应用在能源领域达到节约能耗的效果,极具社会意义和商业价值,是其发展过程的里程碑.目前,探索时间成本和经济效益双赢的技术路线和工艺流程,拓展应用领域(与其他技术相结合)并开发出相关的实用性产品将为电致变色技术重要的发展趋势.具有工业前景的湿化学方法有降低成本,提高效率的优势,将成为实现该项技术普及化的研究热点,另外,电解质层材料的研发和制备也会成为研究发展中的核心技术.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】16页(P108-123)【关键词】电致变色;智能窗;节能环保;柔性器件;自供能电致变色器件【作者】韦友秀;陈牧;刘伟明;厉蕾;张官理;颜悦【作者单位】北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院透明件研究所北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095【正文语种】中文【中图分类】O484电致变色(Electrochromic, EC)材料的特征是在外电压驱动下，其光学性能发生可逆和持久稳固的变化[1-2]，外观上表现为颜色变化，由电致变色材料组成的器件称为电致变色器件 (Electrochromic Device, ECD)。

温度响应型酰腙可逆共价键水凝胶的制备及性能

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Vol. 35 No. 1功 能 高 分 子 学 报2022 年 2 月Journal of Functional Polymers93文章编号： 1008-9357(2022)01-0093-08DOI: 10.14133/ki.1008-9357.20210322002温度响应型酰腙可逆共价键水凝胶的制备及性能何 元1， 罗媛媛2， 刘 通1， 张银山1， 郭赞如1， 章家立1（1. 华东交通大学材料科学与工程学院，高分子材料与工程系，南昌 330013；2. 重庆市计量质量检测研究院，重庆 401120）摘 要： 首先，通过可逆加成-断裂转移（RAFT）聚合制备了丙烯酰胺（AM）、双丙酮丙烯酰胺（DAAM）和N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）的共聚物（PAM-co-PDAAM-co-PNIPAM）；然后，使PAM-co-PDAAM-co-PNIPAM与己二酸二酰肼（ADH）反应后，得到了具有温度和pH双重响应性的水凝胶。

通过核磁共振氢谱（1H-NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）、流变仪、扫描电镜（SEM）以及傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对共聚物和水凝胶的结构和组成，以及水凝胶的温度和pH双重响应行为进行了研究。

研究表明，该水凝胶具有温度调控的自愈合性，对药物阿霉素（Dox）表现出pH和温度双重响应的可控释放行为。

关键词： 智能水凝胶；酰腙可逆共价键；自愈合；温度响应中图分类号： O633 文献标志码： APreparation and Properties of Temperature-Responsive HydrogelsBased on Acylhydrazone Reversible Covalent BondsAll Rights Reserved.HE Yuan1, LUO Yuanyuan2, LIU Tong1, ZHANG Yinshan1, GUO Zanru1, ZHANG Jiali1（1. Department of Polymer Materials and Engineering, School of Materials Science and Engineering, East China JiaotongUniversity, Nanchang 330013, China; 2. Chongqing Academy of Metrology andQuality Inspection, Chongqing 401120, China）Abstract: A series of PAM-co-PDAAM-co-PNIPAM copolymers were synthesized by reversible addition fracture transfer(RAFT) polymerization from acrylamide (AM), diacetone acrylamide (DAAM) and N-isopropylacrylamide (NIPAM). Theirstructure and composition were characterized by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Gel Permeation Chromatography(GPC). Hydrogel with pH and temperature dual-response formed by the acyl hydrazone dynamic bonds between ketocarbonylin polymer and hydrazide in adipic dihydrazide (ADH). The dual-responsive behavior of hydrogels to temperature and pHwas researched by rheological measurement, Scanning Electron Microscope (SEM) and Fourier Transform Infrared (FT-IR)spectroscopy. At the same time, the hydrogel demonstrated temperature controlled self-healing properties. Besides, thehydrogels showed pH-and temperature-responsive controlled release behaviors for doxorubicin(Dox).Key words: smart gel； acylhydrazone dynamic covalent bond； self-healing； temperature response收稿日期： 2021-03-22基金项目： 国家自然科学基金（21802041，51563009，21865009）；江西省杰出青年基金（20202ACBL214001）作者简介： 何 元（1994—），男，硕士，主要研究方向为功能高分子材料。