CN106324885B - 一种智能玻璃窗及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种智能玻璃窗及其制备方法，玻璃窗包括窗体、窗外框以及充电模块，窗体包括窗扇以及电连接地安装于窗扇中的调光玻璃，窗外框环绕地设置于窗扇的外侧，充电模块包括无线接收器以及无线发射器，无线接收器安装于窗扇，调光玻璃电连接于充电模块的无线接收器，无线发射器安装于窗外框的预设位置，预设位置适于无线发射器向无线接收器提供无线电信号，无线发射器可控制地电连接于外部电源，通过对充电模块的通断，使得所述调光玻璃处于透明状态或非透明状态。从而通过无线控制方法，快速实现调光玻璃磨砂和透明效果之间的转化，且无需预留电线，控制更加方便。

Description

一种智能玻璃窗及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体地说，是一种适于智能调光的无线玻璃窗及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展和人们对能源问题认识上的提高，市场对建筑装饰玻璃节能材料的需求越来越迫切。在能源供应日趋严峻的背景下，节能降耗已成为人类可持续发展的战略问题。为了解决这一问题，一批新型智能玻璃窗相继问世，包括光致变色玻璃窗、温致变色玻璃窗、电致变色玻璃窗、电泳玻璃窗等。
调光玻璃是一种通过电信号的输入来改变透光率、雾度等光学参数的光电器件，是智能玻璃窗的重要组成部件之一，调光玻璃通过外界向其输入电信号从而调节从玻璃窗体入射的光线强度，进而达到节能的目的，其性能的好坏直接影响智能玻璃窗的调光效果及其使用寿命。
调光玻璃主要由中间层薄膜调光体及上下透明夹层材料复合制备而成，其关键技术是中间层调光薄膜的材料和制备。目前市场上现有的调光玻璃产品的调光薄膜多是由液晶(主要是向列相液晶分子)及引入电控源的透明导电薄膜(主要为ITO)制备而成。ITO的主要成分是铟，其为稀缺资源且价格昂贵，原材料成本较高，无法大面积应用于建筑材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种智能玻璃窗及其制备方法，以解决现有技术的不足，其通过无线控制方法，快速实现调光玻璃磨砂和透明效果之间的转化，且无需预留电线，控制更加方便。
本发明的另一目的在于提供一种智能玻璃窗及其制备方法，其通过聚合物分散液晶层，有效降低调光温度及电压，有利于节能和缩短调光相应时间。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种智能玻璃窗包括窗体、窗外框以及充电模块，所述窗体包括窗扇以及电连接地安装于所述窗扇中的调光玻璃，所述窗外框环绕地设置于所述窗扇的外侧，所述充电模块包括无线接收器以及无线发射器，所述无线接收器安装于所述窗扇，所述调光玻璃电连接于所述充电模块的无线接收器，所述无线发射器安装于所述窗外框的预设位置，所述预设位置适于所述无线发射器向所述无线接收器提供无线电信号，所述无线发射器可控制地电连接于外部电源，通过对所述充电模块的通断，使得所述调光玻璃处于透明状态或非透明状态。
根据本发明的实施例，所述调光玻璃包括聚合物分散液晶层以及对称地设置于所述聚合物分散液晶层两侧的基板层，所述基板层的内表面为导电面，所述聚合物分散液晶层接触所述导电面，所述聚合物分散液晶层的原料以重量份计由下列组分组成：40～50份形状记忆高分子聚酰胺、20～25份离子化聚吡咯管以及40～50份液晶。
根据本发明的实施例，所述调光玻璃进一步包括电极片，所述电极片电连接所述基板层的导电面和所述充电模块的无线接收器。
根据本发明的实施例，所述电极片由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成。
根据本发明的实施例，所述调光玻璃进一步包括外玻璃层以及粘结层，所述外玻璃层分别对称地设置于所述调光玻璃的外侧，所述外玻璃层通过所述粘结层粘结于所述基板层的外表面，其中，所述粘结层为光固化胶或热固化胶。
根据本发明的实施例，所述基板层是导电玻璃或柔性导电薄膜。
根据本发明的实施例，所述智能玻璃窗进一步包括控制单元，所述控制单元以用于无线控制所述充电模块通断，所述控制单元选自开关面板、射频遥控器以及手机app的一种或多种，得以控制所述无线发射器与电源的连通或断开。
根据本发明的实施例，所述电极片中的组分纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为1～2∶20。
一种智能玻璃窗的调光玻璃制备方法，其包括步骤：
(a)将相应质量份的形状记忆高分子聚酰胺和离子化聚吡咯管在氮气氛围下加热至280～300℃；
(b)加入所需含量的液晶，使混合均匀，把均匀溶液在保温状态涂于基板层的导电面，然后5～7℃/min的速度冷却到室温，冷却过程中发生相分离，液晶微粒形成即可；
(c)将电极片安装于所述基板层的导电面的边缘两侧，通过所述电极片使得所述导电面电连接于充电模块的无线接收器；以及
(d)通过粘结层将外玻璃层粘结于所述基板层的外表面。
根据本发明的实施例，所述步骤(a)中的离子化聚吡咯管进一步包括步骤：
(a.1)将FeCl3·6H2O加入溶解有甲基橙的水中，等有絮状物质生成时，加入吡咯单体，室温搅拌30～40小时，得到黑色的悬浮液，过滤烘干后得到聚吡咯纳米管；以及
(a.2)将聚吡咯纳米管分散于二甲亚砜中，加入碘甲烷、氢氧化钾，在40～60℃下反应6～10小时，然后抽滤、洗涤、干燥后得到离子化的聚吡咯纳米管。
根据本发明的实施例，所述FeCl3·6H2O、甲基橙、水、吡咯单体的质量比为10∶2∶1000∶0.4～0.8。
根据本发明的实施例，所述聚吡咯纳米管、二甲亚砜、KOH和碘化钾的质量比为：5∶25～40∶5∶3～4。
本发明同现有技术相比，主要具有以下优点和有益效果：
1、本发明提供的智能玻璃窗，制造工艺简单、原料易得、容易操作、对设备的要求不高，成本低廉，通过使用无线控制方法，用于改变玻璃的折射率，快速实现调光玻璃磨砂和透明效果之间的转化，且无需在窗扇中预留电线，无线供电安装更加快捷，另外其可以通过射频信号控制电路，控制更加方便；
2、本发明提供的智能玻璃窗，摒弃了使用传统的液晶和ITO材料作为调光玻璃中的薄膜调光体，离子化聚吡咯玻璃管为导电高分子材料，使用液晶、形状记忆高分子材料、离子化聚吡咯管材料作为调光材料，调光时间响应短，安全性高，经久耐用；
3、由于形状记忆聚酰胺具有在聚吡咯管导电材料通电前后所能达到的温度范围之内的相转变温度，并在聚吡咯管导电材料达到所述相转变温度前后，所述形状记忆聚酰胺呈现非透明状态和全透明状态的可逆转变，同时，液晶材料在作为电光调节材料使用时，一般需要较高的电压来驱动，形状记忆聚酰胺驱动电压大小需求与液晶材料不一样，两者协同调光，达到一定的透明度和雾度所需电压相对较低，更易达到所需透明度或雾度形状记忆材料的相转变温度，从而有效缩短调光响应时间；
4、本发明提供的智能玻璃窗，液晶材料具有在断电状态下雾态(不透明)，通电时呈透明态的特点，从而起到调光的作用，离子化的聚吡咯管得以固定液晶和作为导电材料使用，形状记忆性高分子既与液晶一起构成聚合物分散液晶电致调光，又与离子化聚吡咯管一起构成电电致调光，两者协同作用，能降低调光温度及电压，有利于节能和缩短调光响应时间；
(5)本发明提供的智能玻璃窗，采用纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料作为电极，其具有更加优异的导电性和透明性，另外，纳米粒子的加入增大了与聚合物分散液晶层的接触面积，从而能提高电致调光材料在工作电极表面的反应速率，降低电致变材料的响应时间。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的智能玻璃窗的示意图。
图2是根据本发明的上述优选实施例的调光玻璃示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1所示的是一种智能玻璃窗1，所述智能玻璃窗1包括窗体10、窗外框20以及充电模块30，所述窗体10包括窗扇12以及安装于所述窗扇12中的调光玻璃11，所述窗外框20环绕地设置于所述窗扇12的外侧，所述充电模块30包括无线接收器31以及无线发射器32，所述无线接收器31安装于所述窗扇12，所述调光玻璃11电连接于所述充电模块30的无线接收器31，所述无线发射器32安装于所述窗外框20的预设位置，所述预设位置适于所述无线发射器32向所述无线接收器31提供无线电信号，所述无线发射器32可控制地电连接于外部电源，通过对所述充电模块30的通断，使得所述调光玻璃11处于透明状态或非透明状态。从而当所述无线发射器32连通外部电源时，所述调光玻璃11处于透明状态，当所述无线发射器32断开外部电源时，所述调光玻璃11处于非透明状态，从而，通过无线控制方法，快速实现调光玻璃11磨砂和透明效果之间的转化，且无需预留电线，控制更加方便。
其中，所述窗体10上的无线接收器31得以接收所述窗外框20的无线发射器32传递的电信号，得以对所述调光玻璃11进行供电，当所述无线发射器32连通外部电源时，所述无线接收器31接收到电信号，得以对所述调光玻璃11进行供电，当所述无线发射器32与外部电源断开时，所述无线接收器31失去电信号，停止对所述调光玻璃11进行供电。
所述智能玻璃窗1进一步包括控制单元，所述控制单元以用于无线控制所述充电模块30通断，所述控制单元选自开关面板、射频遥控器以及手机app的一种或多种，得以控制所述无线发射器32与外部电源的连通或断开。优选地，通过射频信号控制电路，控制更加方便。
图2所示的是调光玻璃11，所述调光玻璃11由外向内依次包括外玻璃层111、粘结层112、基板层113以及聚合物分散液晶层114，所述聚合物分散液晶层114设置于所述基板层113之间，所述基板层113对称地平行且对应设置于所述基板层113两侧，所述外玻璃层111通过所述粘结层112对称地粘结于所述基板层113的外表面。所述基板层113的内表面接触所述聚合物分散液晶层114，所述基板层113的内表面为导电面116，所述基板层113可以是导电玻璃，也可以是柔性的导电薄膜材料或其他透明且具有导电面116的常规柔性或非柔性材料。其中，所述粘结层112是光固化胶或热固化胶。
所述调光玻璃11进一步包括电极片115，所述电极片115分别安转于所述基板层113的导电面116边缘，所述电极片115得以电连接所述基板层113的导电面116和所述充电模块30的无线接收器31，得以为所述聚合物分散液晶层114提供电压。其中，所述电极片115由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成，所述电极片115中的组分纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为1～2∶20。
实施例1
一种智能玻璃窗1，窗体10是由调光玻璃11、窗扇12以及充电模块30的无线接收器31组成，通过无线充电模块30的通断，可以控制调光玻璃11透明和磨砂效果之间的转换；窗外框20对应位置安装所述充电模块30的无线发射器32，用220V家用交流电提供电源；可以通过开关面板，射频遥控器或者手机控制所述充电模块30的无线发射器32的通断。
其中，所述调光玻璃11包括平行且相对应设置的两块基板层113、形成于两块所述基板层113间的聚合物分散液晶层114，两块所述基板层113与所述合物分散液晶层相接触的面为导电面116。所述聚合物分散液晶层114包含形状记忆高分子聚酰胺40份、离子化聚吡咯管20份和液晶40份。
其中，所述调光玻璃11还包括分别与所述导电面116相接触的电极片115以及与所述电极片115电连接的所述充电模块30的无线接收器31。
其中，所述电极由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成，所述纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为1∶20。
其中，所述离子化聚吡咯管的制备方法，包括步骤：将FeCl3·6H2O10g加入溶解有甲基橙2g的水1000g中，等有絮状物质生成时，加入吡咯单体0.4g，室温搅拌30小时，得到黑色的悬浮液，过滤烘干后得到聚吡咯纳米管；将聚吡咯纳米管0.5g分散于4g二甲亚砜中，然后加入碘甲烷0.3g、氢氧化钾0.5g，在40℃下反应6小时，然后抽滤、洗涤、干燥后得到离子化聚吡咯纳米管。
其中，所述调光玻璃11的制备方法，包括步骤：首先将形状记忆高分子聚酰胺和离子化聚吡咯管在氮气氛围下加热280℃，然后加入所需含量的液晶，使混合均匀，把均匀溶液在保温状态涂于导电玻璃上，然后5℃/min的速度冷却到室温，冷却过程中发生相分离，液晶微粒形成即可。
实施例2
一种智能玻璃窗1，窗体10是由调光玻璃11、窗扇12以及充电模块30的无线接收器31组成，通过无线充电模块30的通断，可以控制调光玻璃11透明和磨砂效果之间的转换；窗外框20对应位置安装所述充电模块30的无线发射器32，用220V家用交流电提供电源；可以通过开关面板，射频遥控器或者手机控制所述充电模块30的无线发射器32的通断。
其中，所述调光玻璃11包括平行且相对应设置的两块基板层113、形成于两块所述基板层113间的聚合物分散液晶层114，两块所述基板层113与所述合物分散液晶层相接触的面为导电面116。所述聚合物分散液晶层114包含形状记忆高分子聚酰胺45份、离子化聚吡咯管22份和液晶43份。
其中，所述调光玻璃11还包括分别与所述导电面116相接触的电极片115以及与所述电极片115电连接的所述充电模块30的无线接收器31。
其中，所述电极由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成，所述纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为1.5∶20。
其中，所述离子化聚吡咯管的制备方法，包括步骤：将FeCl3·6H2O10g加入溶解有甲基橙2g的水1000g中，等有絮状物质生成时，加入吡咯单体0.5g，室温搅拌35小时，得到黑色的悬浮液，过滤烘干后得到聚吡咯纳米管；将聚吡咯纳米管0.5g分散于3g二甲亚砜中，然后加入碘甲烷0.35g、氢氧化钾0.5g，在45℃下反应7小时，然后抽滤、洗涤、干燥后得到离子化聚吡咯纳米管。
其中，所述调光玻璃11的制备方法，包括步骤：首先将形状记忆高分子聚酰胺和离子化聚吡咯管在氮气氛围下加热290℃，然后加入所需含量的液晶，使混合均匀，把均匀溶液在保温状态涂于导电玻璃上，然后6℃/min的速度冷却到室温，冷却过程中发生相分离，液晶微粒形成即可。
实施例3
一种智能玻璃窗1，窗体10是由调光玻璃11、窗扇12以及充电模块30的无线接收器31组成，通过无线充电模块30的通断，可以控制调光玻璃11透明和磨砂效果之间的转换；窗外框20对应位置安装所述充电模块30的无线发射器32，用220V家用交流电提供电源；可以通过开关面板，射频遥控器或者手机控制所述充电模块30的无线发射器32的通断。
其中，所述调光玻璃11包括平行且相对应设置的两块基板层113、形成于两块所述基板层113间的聚合物分散液晶层114，两块所述基板层113与所述合物分散液晶层相接触的面为导电面116。所述聚合物分散液晶层114包含形状记忆高分子聚酰胺50份、离子化聚吡咯管20份和液晶43份。
其中，所述调光玻璃11还包括分别与所述导电面116相接触的电极片115以及与所述电极片115电连接的所述充电模块30的无线接收器31。
其中，所述电极由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成，所述纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为2∶20。
其中，所述离子化聚吡咯管的制备方法，包括步骤：将FeCl3·6H2O10g加入溶解有甲基橙2g的水1000g中，等有絮状物质生成时，加入吡咯单体0.7g，室温搅拌38小时，得到黑色的悬浮液，过滤烘干后得到聚吡咯纳米管；将聚吡咯纳米管0.5g分散于3.5g二甲亚砜中，然后加入碘甲烷0.4g、氢氧化钾0.5g，在50℃下反应9小时，然后抽滤、洗涤、干燥后得到离子化聚吡咯纳米管。
其中，所述调光玻璃11的制备方法，包括步骤：首先将形状记忆高分子聚酰胺和离子化聚吡咯管在氮气氛围下加热300℃，然后加入所需含量的液晶，使混合均匀，把均匀溶液在保温状态涂于导电玻璃上，然后7℃/min的速度冷却到室温，冷却过程中发生相分离，液晶微粒形成即可。
实施例4
一种智能玻璃窗1，窗体10是由调光玻璃11、窗扇12以及充电模块30的无线接收器31组成，通过无线充电模块30的通断，可以控制调光玻璃11透明和磨砂效果之间的转换；窗外框20对应位置安装所述充电模块30的无线发射器32，用220V家用交流电提供电源；可以通过开关面板，射频遥控器或者手机控制所述充电模块30的无线发射器32的通断。
其中，所述调光玻璃11包括平行且相对应设置的两块基板层113、形成于两块所述基板层113间的聚合物分散液晶层114，两块所述基板层113与所述合物分散液晶层相接触的面为导电面116。所述聚合物分散液晶层114包含形状记忆高分子聚酰胺50份、离子化聚吡咯管25份和液晶45份。
其中，所述调光玻璃11还包括分别与所述导电面116相接触的电极片115以及与所述电极片115电连接的所述充电模块30的无线接收器31。
其中，所述电极由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成，所述纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为2∶20。
其中，所述离子化聚吡咯管的制备方法，包括步骤：将FeCl3·6H2O10g加入溶解有甲基橙2g的水1000g中，等有絮状物质生成时，加入吡咯单体0.8g，室温搅拌40小时，得到黑色的悬浮液，过滤烘干后得到聚吡咯纳米管；将聚吡咯纳米管0.5g分散于4g二甲亚砜中，然后加入碘甲烷0.4g、氢氧化钾0.5g，在60℃下反应10小时，然后抽滤、洗涤、干燥后得到离子化聚吡咯纳米管。
其中，所述调光玻璃11的制备方法，包括步骤：首先将形状记忆高分子聚酰胺和离子化聚吡咯管在氮气氛围下加热280℃，然后加入所需含量的液晶，使混合均匀，把均匀溶液在保温状态涂于导电玻璃上，然后5℃/min的速度冷却到室温，冷却过程中发生相分离，液晶微粒形成即可。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种智能玻璃窗，其特征在于，包括：
窗体，所述窗体包括窗扇以及电连接地安装于所述窗扇中的调光玻璃，所述调光玻璃包括聚合物分散液晶层、电极片以及对称地设置于所述聚合物分散液晶层两侧的基板层，所述基板层的内表面为导电面，所述聚合物分散液晶层接触所述导电面，所述聚合物分散液晶层的原料以重量份计由下列组分组成：40～50份形状记忆高分子聚酰胺、20～25份离子化聚吡咯管以及40～50份液晶；
窗外框，所述窗外框环绕地设置于所述窗扇的外侧；以及
充电模块，所述充电模块包括无线接收器以及无线发射器，所述无线接收器安装于所述窗扇，所述调光玻璃电连接于所述充电模块的无线接收器，所述无线发射器安装于所述窗外框的预设位置，所述预设位置适于所述无线发射器向所述无线接收器提供无线电信号，所述无线发射器可控制地电连接于外部电源，所述电极片电连接所述基板层的导电面和所述充电模块的无线接收器，通过对所述充电模块的通断，使得所述调光玻璃处于透明状态或非透明状态。
2.根据权利要求1所述的智能玻璃窗，其特征在于，所述电极片由纳米氧化锌掺杂透明导电油墨材料制成，所述电极片中的组分纳米氧化锌和透明导电油墨的质量比为1～2∶20。
3.根据权利要求1所述的智能玻璃窗，其特征在于，所述调光玻璃进一步包括外玻璃层以及粘结层，所述外玻璃层分别对称地设置于所述调光玻璃的外侧，所述外玻璃层通过所述粘结层粘结于所述基板层的外表面，其中，所述粘结层为光固化胶或热固化胶。
4.根据权利要求2所述的智能玻璃窗，其特征在于，所述调光玻璃进一步包括外玻璃层以及粘结层，所述外玻璃层分别对称地设置于所述调光玻璃的外侧，所述外玻璃层通过所述粘结层粘结于所述基板层的外表面，其中，所述粘结层为光固化胶或热固化胶。
5.根据权利要求1～4中任一所述的智能玻璃窗，其特征在于，所述智能玻璃窗进一步包括控制单元，所述控制单元以用于无线控制所述充电模块通断，所述控制单元选自开关面板、射频遥控器以及手机app的一种或多种，得以控制所述无线发射器与电源的连通或断开。
6.一种如权利要求1～4中任一所述的智能玻璃窗的调光玻璃制备方法，其特征在于，包括步骤：
(a)将相应质量份的形状记忆高分子聚酰胺和离子化聚吡咯管在氮气氛围下加热至280～300℃；
(b)加入所需含量的液晶，使混合均匀，把均匀溶液在保温状态涂于基板层的导电面，然后5～7℃/min的速度冷却到室温，冷却过程中发生相分离，液晶微粒形成即可；
(c)将电极片安装于所述基板层的导电面的边缘两侧，通过所述电极片使得所述导电面电连接于充电模块的无线接收器；以及
(d)通过粘结层将外玻璃层粘结于所述基板层的外表面。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中的离子化聚吡咯管进一步包括步骤：
(a.1)将FeCl3·6H2O加入溶解有甲基橙的水中，等有絮状物质生成时，加入吡咯单体，室温搅拌30～40小时，得到黑色的悬浮液，过滤烘干后得到聚吡咯纳米管；以及
(a.2)将聚吡咯纳米管分散于二甲亚砜中，加入碘甲烷、氢氧化钾，在40～60℃下反应6～10小时，然后抽滤、洗涤、干燥后得到离子化的聚吡咯纳米管。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述FeCl3·6H2O、甲基橙、水、吡咯单体的质量比为10∶2∶1000∶0.4～0.8。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述聚吡咯纳米管、二甲亚砜、KOH和碘化钾的质量比为：5∶25～40∶5∶3～4。
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