离子水凝胶电解质的制备方法、智能窗器件及其制备方法

本发明涉及建筑节能技术及智能调控，尤其涉及一种离子水凝胶电解质的制备方法、智能窗器件及其制备方法。

背景技术：

1、基于响应性材料(电、热、磁等)制备的建筑玻璃幕墙(智能窗)，通过外界刺激可改变智能窗的颜色与透光率，进而调控入射太阳光的辐射量，从而提高室内视觉与热舒适性，有效降低建筑能耗。其中，研究最为典型的电致变色智能窗具有操作简单、色彩丰富、驱动电压低等优点，是下一代智能窗的首选。然而电致变色智能窗只能根据需求进行主动型调控，不能根据外界环境温度变化自发做出响应。为赋予智能窗电场和温度双驱动的调控模式，实现太阳能光热调控新技术，亟需构建电场-温度双响应的智能窗器件。

2、电致变色材料在外加电场下实现颜色与光学性能的可逆转变，具有操作简单、色彩丰富、驱动电压低等优点，但基于该材料的智能窗器件的响应模式单一，为赋予其电场-温度双重响应的特性，通常需要将其与具有温度响应的材料复合使用。目前主要的研究思路有：(1)电致变色材料与二氧化钒热致变色材料分别作为电极构建智能窗器件。但二氧化钒响应温度高，且具有本征黄色，影响视觉特性；(2)制备具有温度、电场双重响应特性的(聚)离子液体电解质凝胶并构建多合一的器件，结构简单，但有机物稳定性不佳；(3)在电解质中加入聚(n-异丙基丙烯酰胺)温敏性聚合物溶液，但液体电解质易泄露，实际应用受限。

3、基于目前的电场-温度双响应的智能窗器件存在的缺陷，有必要对此进行改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种离子水凝胶电解质的制备方法、智能窗器件及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

2、第一方面，本发明提供了一种离子水凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：

3、将氯化锂和丙烯酰胺混合后，于90～110℃下，加热，得到深共晶溶剂；

4、将n-异丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵、双叔丁基过氧异丙基苯加入至水中，再加入深共晶溶剂，搅拌后，加入四甲基乙二胺，继续搅拌，得到凝胶前驱体；

5、凝胶前驱体固化后，得到具有温度响应特性的离子水凝胶电解质。

6、优选的是，所述的离子水凝胶电解质的制备方法，将氯化锂和丙烯酰胺混合的步骤中，氯化锂和丙烯酰胺的质量比为(1～3):(1～3)；

7、在制备得到水凝胶前驱体的步骤中，n-异丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵、双叔丁基过氧异丙基苯、水、深共晶溶剂、四甲基乙二胺的质量比为(0.2～2.0):(0.005～0.05):(0.01～0.1):(0.02～0.2):(5～50):(0.05～0.5):(0.03～0.3)；

8、凝胶前驱体固化的步骤中，固化温度为23～27℃、固化时间为0.5～1h。

9、第二方面，本发明还提供了一种智能窗器件，包括：

10、第一导电基底；

11、第二导电基底，其与所述第一导电基底相对设置；

12、容纳腔体，其位于所述第一导电基底、第二导电基底之间，所述第一导电基底、容纳腔体、第二导电基底之间围合形成容纳腔室，所述容纳腔室内填充有所述的制备方法制备得到的离子水凝胶电解质；

13、其中，所述第一导电基底、第二导电基底中的至少一种且位于所述容纳腔室内的一侧面设有电致变色功能层。

14、优选的是，所述的智能窗器件，所述具有温度响应特性的离子水凝胶电解质的温度响应范围为25～40℃。

15、优选的是，所述的智能窗器件，所述第一导电基底、第二导电基底采用ito导电玻璃、fto导电玻璃或导电pet中的任一种。

16、优选的是，所述的智能窗器件，所述电致变色功能层所用的材料包括氧化钨、普鲁士蓝、氧化钒、氧化镍中的至少一种、以及上述物质的掺杂或复合；

17、和/或，所述容纳腔体采用的材料为硅橡胶。

18、第三方面，本发明还提供了一种所述的智能窗器件的制备方法，包括以下步骤：

19、提供第一导电基底、第二导电基底、容纳腔体；

20、在所述第一导电基底、第二导电基底中的至少一种侧面上制备电致变色功能层；

21、将第一导电基底、第二导电基底、容纳腔体围合形成容纳腔室，向容纳腔室中注入具有温度响应特性的离子水凝胶电解质。

22、优选的是，所述的智能窗器件的制备方法，所述电致变色功能层所用的材料为氧化钨，在所述第一导电基底、第二导电基底中的至少一种侧面上制备电致变色功能层具体包括：

23、将h2wo4加入至水中，然后加入h2o2，搅拌，得到混合液；

24、向混合液中加入hcl、乙腈，搅拌，得到氧化钨前驱体溶液；

25、将第一导电基底或第二导电基底置于氧化钨前驱体溶液中于170～190℃下反应20～30h形成wo3薄膜。

26、优选的是，所述的智能窗器件的制备方法，制备得到混合液的步骤中，h2wo4、h2o2、水的质量体积比为(1～2)g:(20～40)ml:(30～90)ml；所述h2o2的质量浓度为25～30％；

27、在制备得到氧化钨前驱体溶液的步骤中，混合液、hcl、乙腈的体积比为(5～15):(1～3):(30～50)，hcl的浓度为6～12m。

28、优选的是，所述的智能窗器件的制备方法，将第一导电基底或第二导电基底置于氧化钨前驱体溶液中之前，还包括，将第一导电基底或第二导电基底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗。

29、本发明的一种离子水凝胶电解质的制备方法、智能窗器件及其制备方法相对于现具有以下有益效果：

30、1、本发明制备得到的离子水凝胶电解质，为具有温度响应特性的离子水凝胶电解质，pnipam温敏凝胶同时具有温敏特性及离子导电特性，将其作为电致变色智能窗器件的电解质单元，可同时赋予智能窗器件电场及温度驱动的特性，可有效避免多个独立器件集成带来的透光率及转换效率低等问题；通过添加深共晶溶剂赋予pnipam温敏凝胶电解质离子导电特性；离子水凝胶电解质既可作为温度响应单元，同时可为电致变色材料提供离子电解质，将其应用于智能窗器件，可以赋予智能窗器件电场-温度双响应的调控模式；

31、2、本发明的智能窗器件，以聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)温敏凝胶作为电解质，可有效避免多个独立器件集成带来的透光率低等问题，实现高光学调制，驱动电压低；基于pnipam的离子水凝胶的响应温度在室温附近，消色态为无色透明态，有利于在室温附近实现高光学调制；深共晶溶剂是导电性优良的绿色溶剂，利用其制备pnipam凝胶电解质可赋予其高的导电特性，提高器件的响应速率及着色效率等；本发明制备得到的基于pnipam温敏凝胶电解质的智能窗器件同时具有电场驱动和室温自发调节的双响应特性；

32、3、本发明的智能窗器件的制备方法，所使用的原材料均为商业化生产成熟的普通材料，价格低廉、原料充足且环境友好；采用的制备方法具有简单、高效、安全等特点，并且技术难度低，具有工业规模化应用前景。