一种用于智能窗的水凝胶及其制备方法与应用与流程

本发明属于建筑节能窗，具体地说，涉及一种用于智能窗的水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、传统的窗户会导致30％的能源损耗，因此出现了节能窗，而节能窗的研究主要集中在显色技术上，现有的电致变色智能窗和热致变色智能窗基本具备了通过对太阳光的调节控制室内温度达到节能的效果，但在调节太阳光的过程中，太阳辐射的能量没有得到更有效的利用。在现有的智能窗太阳光下的入射光和反射光下存在大量热损失，产生的热能没有得到很好的利用。

2、除了以上节能智能窗，还有一些智能窗具备特定的功能如：随外界环境变化自动开合、室内火灾时报警、冷冻储藏室内温度显示或温度不正常时需要报警等，此类智能窗需要外部供电，目前常用的办法是在智能窗旁预留电源插孔或重新排线，这不仅造成室内不美观，而且当外接电源突然停电时无法实现以上功能；与外接电源的智能窗相比，太阳能智能窗是利用太阳能板吸收太阳能转换为电能实现智能窗的供电，但这种供电方式会因阴雨天气、楼房采阳不好受到影响，而且安装太阳能板成本较高，窗口安装不方便。近年来，人们开展了电致变色性能材料的研究，如专利cn 110501852a公开了一种基于高浓水系电解质的电致变色器件及其制备方法，空腔中填充有高浓(浓度为13～21mol/l的含氟锂盐的水溶液)的水系电解质，但因高浓水系的电解质易挥发有毒性气体且电气设备制造成本高而使应用受限。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种既能通过太阳光的调节达到节能效果、又能利用形成的温差梯度自发电的智能窗，避免了外接电源、加装太阳能板或因连续阴雨天无法供电的问题，实现了温差的合理利用，有效降低了人们的生活成本。

2、2、技术方案

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种用于智能窗的水凝胶，

5、以重量份计，包括以下原料：

6、

7、如所述的用于智能窗的水凝胶，

8、以重量份计，包括以下原料：

9、

10、如上述所述的用于智能窗的水凝胶的制备方法，

11、包括以下步骤：

12、首先，将明胶溶解在去离子水中，50℃-70℃下搅拌2h-4h，得到明胶溶液；接着，将聚乙烯醇溶解在二甲基亚砜中，在90℃-100℃下搅拌1h-3h，得到粘性均匀的溶液；接着，准备氯化钠、四水合氯化亚铁、六水合氯化铁与上述粘性均匀的溶液混合均匀，然后加入盐酸后，冷却至50℃-70℃，并与上述明胶溶液混合，得到混合液；最后，倒入模具中，冷却至室内，随后-20℃下完全交联，直至水凝胶的形成。

13、上述水凝胶在智能窗制作中应用。

14、上述所述的水凝胶在智能窗制作中应用，

15、准备多个间隔设置的窗面板，相邻窗面板之间形成容纳水凝胶的空腔，密封空腔的四周并留有注入口，将制得的水凝胶通过注入口注入空腔，并封闭空腔的注入口，即可。

16、上述所述的水凝胶在智能窗制作中应用，

17、所述的空腔的厚度为0.01mm-15mm；

18、所述的窗面板为透明玻璃或塑料。

19、上述所述的水凝胶在智能窗制作中应用，

20、所述的窗面板的数量至少为两个，并设置第一窗面板与第三窗面板；

21、其中相邻的第一窗面板与第三窗面板之间密封形成第一空腔；所述的第三窗面板面向室外，所述的第一窗面板面向室内；

22、所述的第一空腔用于灌注第一水凝胶，其中所述的第一水凝胶为上述制备方法制得的水凝胶。

23、上述所述的水凝胶在智能窗制作中应用，

24、还设置有第二窗面板，相邻的第一窗面板与第二窗面板之间密封形成第二空腔；

25、所述的第二空腔用于灌注第二水凝胶，其中所述的第二水凝胶为添加吸光纳米粒子的热致变色温敏性水凝胶，使用时所述的热致变色温敏性水凝胶的热致变色的最低临界温度为20℃-50℃；

26、所述的吸光纳米粒子为石墨烯、金纳米粒子、mxene中的一种或几种混合物，其加入后终质量百分比为0.05wt％；具体使用时选择mxene。

27、所述的添加吸光纳米粒子的热致变色温敏性水凝胶，以重量份计，包括以下原料：

28、

29、所述的添加吸光纳米粒子的热致变色温敏性水凝胶的制备方法如下：

30、在去离子水中加入聚(乙烯基吡咯烷酮)、n-异丙基丙烯酰胺、n，n’亚甲基二(丙烯酰胺)，40℃-60℃下搅拌上述混合物，直至形成透明的溶液来确保完全溶解；接着，将上述透明的溶液转移至油浴锅上，在氮气氛围下加热至50℃-70℃；接着加入过硫酸钾至其终浓度为0.01g/ml，继续在氮气氛围下进行聚合，持续18h-36h；最后冷却至室温，收集，储藏，即可。

31、上述所述的水凝胶在智能窗制作中应用，

32、还包括储能系统；

33、所述的第一窗面板的内侧面与所述的第三窗面板的相对的内侧面上均涂覆导电物质构成电极基底，所述的电极基底通过电极连接所述的储能系统，所述的储能系统连接报警设备或冷冻储藏室内温度显示器件。

34、有益效果

35、本发明通过封装在第二空腔内的热致变色温敏性水凝胶(低临界溶解温度为20℃-55℃)中添加了适量纳米粒子后加快了热致变色温敏性水凝胶和光热转换能力，能够快速的热致变色实现室内温度的调节，达到节能效果，同时快速中间隔层窗户面板的温度，室外窗户面板的温度与中间隔层窗户面板之间存在温度梯度，封装在第一空腔内的透明类热电水凝胶发生铁离子的氧化还原反应，正负离子迁移产生电位差并产生电流，通过设置在透明类热电水凝胶两侧的窗户面板内侧涂覆导电物质作为电极基底或直接是两块导电琉璃与储能系统连接，储能系统连接报警设备或冷冻储藏室内温度显示器件等给予供电。在第一层水凝胶中的采用是透明类热电水凝胶，完全密封在两层玻璃之间，第二空腔的窗户面板的内侧(即透明类热电水凝胶两侧的窗户面板内侧)涂覆导电物质作为电极基底同时电极基底上连接电极并与储能系统连接。或者两窗户面板直接安装导电玻璃。同时与空气完全没有接触，水凝胶水分不会蒸发缺失。第二层水凝胶变色更加均匀，不会出现层状纹路，再加入适量少许的纳米粒子后加速了水凝胶热致变色响应时间，光热转换性能提高，若热致变色玻璃遭到物理损坏，仍然能够稳定变色。第一层中的透明类热电水凝胶、第二层中的热致变色温敏性水凝胶均增加了智能窗的阻燃功能，防止火灾的发生。

技术特征：

1.一种用于智能窗的水凝胶，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的用于智能窗的水凝胶，其特征在于：

3.一种如权利要求1或2所述的用于智能窗的水凝胶的制备方法，其特征在于：

4.一种水凝胶在智能窗制作中应用。

5.根据权利要求4所述的水凝胶在智能窗制作中应用，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的水凝胶在智能窗制作中应用，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的水凝胶在智能窗制作中应用，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的水凝胶在智能窗制作中应用，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的水凝胶在智能窗制作中应用，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种用于智能窗的水凝胶及其制备方法与应用，属于建筑节能窗技术领域。水凝胶，以重量份计，包括以下原料：明胶：0.1份‑1.0份，聚乙烯醇：5份‑6份，二甲基亚砜：30份‑40份，氯化钠：0.5份‑1.0份，四水合氯化亚铁：0.15份‑0.25份，盐酸：0.5份‑1.5份，六水合氯化铁：0.20份‑0.30份，去离子水：5份‑15份。制备的智能窗具有优异的光热调控性能，可实现室内温度舒适，且自发电为智能窗的工程化应用提供了支持，实现了温差的合理利用，有效降低了人们的生活成本。

技术研发人员：吴昌恒,解国祥,雷秋星,郑志恒,李一凡,汪玲玲,邴乃慈,于伟
受保护的技术使用者：上海骊港幕墙科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14