CN108776405A

CN108776405A - 多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗

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Publication number: CN108776405A
Application number: CN201810539394.6A
Authority: CN
Inventors: 葛邓腾; 杨丽丽; 刘洋
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University; National Dong Hwa University
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2018-11-09
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: CN108776405B

Abstract

本发明涉及一种多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗，具体为：制备两个复合板并将二者间距排列形成空腔，在空腔内填充胶体粒子分散液后密封得到多状态智能窗；将多块多状态智能窗拼接即得多图案智能窗。多状态智能窗包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层，绝缘微结构层位于电极层I和/或电极层II与分散液层之间，分散液中分散有胶体粒子，胶体粒子具有电响应特性，多状态智能窗的色彩和透光性随着工作电极间电势差的变化而变化，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。本发明方法操作简单，制得的多状态智能窗和多图案智能窗可调色彩丰富且色彩与透光性皆可调节，有极好的推广价值。

Description

多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗

技术领域

本发明属于智能玻璃领域，涉及一种多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗。

背景技术

智能窗是指可以通过光、热和电等外部因素调控透光性和色彩的窗户。随着绿色环保节能的观念深入人心，智能家居和智能建筑越来越引起人们的广泛关注，智能窗也受到人们的普遍重视，逐步进入生活与工业领域。智能窗的应用范围十分广泛，它不仅可以应用于建筑和交通工具(如飞机、高铁、汽车等)等领域的调光玻璃上，同时在媒介立面显示领域也有着广泛的研究前景，因此受到国内外的广泛关注，广大学者对其进行了更加深入而细致的研究。

但是目前的智能窗还存在着很多不足，智能窗的显示效果十分有限，广泛存在色彩种类单一，难以实现多色彩的显示，此外无法实现全遮光效果，并且无法实现透光性与多色彩的共同调节的现象。比如目前透光性可调节的代表—聚合物分散液晶(PDLC)，当对其施加外电场时，可呈现透明或者半透明状态，当撤去外加电场，液晶分子随机分布，呈现不透明状态，其不可实现全遮光，且无色彩。同时，当前智能窗的变色效果也不是很理想，目前常见的三氧化钨电致变色材料，随着外加电场的改变，其颜色只能实现从蓝黑色到淡蓝色之间的调节；聚苯胺电致变色器件，仅能实现无色、绿色、蓝色和紫色之间的调节。总之，当前常见的电致变色材料普遍存在色彩单一、透光性调节效果有限等问题，且难以实现透光性与色彩同时可调的缺点。随着人们对于智能窗应用领域的拓宽和应用要求的提高，发展色彩种类丰富，全遮光性可实现，实现色彩与透光性均可调节的智能窗迫在眉睫。

因此，开发一种可调色彩丰富、可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能的智能窗极具现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术智能窗色彩单一、透光性调节效果有限且难以实现透光性与色彩同时可调的缺陷，提供一种可调色彩丰富、可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能的一种多状态智能窗、其制备方法及由其制得的多图案智能窗。本发明的多状态智能窗可通过控制两电极的电场强度和电场方向从而使分散于智能窗的分散液中的胶体粒子按照一定规律自组装成反射不同波长光波的微结构，从而实现连续的、可见光范围全覆盖的色彩调节，同时由于微结构的存在，当施加的电场强度极大，可实现局部区域电场调控，诱导分散液中的胶体粒子在局部区域紧密堆积，其余区域没有或极少存在胶体粒子，实现透光性的转变。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

多状态智能窗，具有复合层结构，所述复合层包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层；

所述电极层I和电极层II整体透明且由绝缘基底层和导电层构成，所述分散液层位于电极层I和电极层II的导电层之间，所述绝缘微结构层位于电极层I和/或电极层II与分散液层之间，所述分散液中分散有胶体粒子，所述胶体粒子具有电响应特性；

所述多状态智能窗的色彩和透光性随着电极层I和电极层II之间的电势差的变化而变化。

本发明的多状态智能窗可调色彩丰富且可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能，其色彩和透光性改变的原理图如图1所示，通过施加给第一电极和第二电极间较小的电势差，会使得初始由于胶体粒子分散液浓度极低而显示透明无色的智能窗，因胶体粒子密集排列程度增加，间隔距离减小，使得反射光的波长发生连续的变化，实现可见光范围全覆盖的色彩显示，并且随着外加电压的进一步增大，局部电场诱导胶体粒子在某一区域紧密排列，智能窗重新显示为透明状态。

本发明的多状态智能窗的色彩变化光谱图如图2所示，采用不同粒径或者不同浓度的粒子，其反射光本身存在差异，当外加电场调节，施加0～3V的外加电场(电流方向可变)，实现反射光波长的移动，色彩显示明显差异。

本发明的多状态智能窗的透光性改变光谱图如图3所示，当不施加外加电场时，粒子无序排列，显示全黑，当施加较大的外加电场，比如5V的外加电场，透射率大幅度的增加，当施加10V及以上的电压时，粒子有序排列，实现全透光性。

作为优选的技术方案：

如上所述的多状态智能窗，所述胶体粒子为经过表面修饰的无机粒子或有机粒子，其粒径为50～200nm，进一步优选为80～150nm，粒径分布的单分散系数小于等于10％，进一步优选小于5％；所述分散液中胶体粒子的质量分数为1～40％，进一步优选质量分数为5％-20％，所述分散液为碳酸丙烯酯、丙酮、甲苯、二甲苯、四氯乙烯和环己烷中的一种以上。胶体粒子的表面修饰方法为外加电荷控制剂，使颗粒带电，常用的电荷控制剂主要有有机硫酸盐或磺酸盐、金属皂、有机酰胺、有机磷酸盐或磷酸酯，还可以是聚合物和嵌段或接枝共聚物及它们的单体。

如上所述的多状态智能窗，所述无机粒子为二氧化硅粒子(SiO₂粒子)或者为表面包覆或未包覆一层二氧化硅的其他粒子，所述其他粒子为四氧化三铁粒子(Fe₃O₄粒子)、氧化钛粒子(TiO₂粒子)、氧化铜粒子(CuO粒子)或氧化锌粒子(ZnO粒子)；所述有机粒子为聚苯乙烯粒子(PS粒子)、聚甲基丙烯酸甲酯粒子(PMMA粒子)、氧化锆包覆聚苯乙烯粒子(PS@ZrO₂粒子)、二氧化钛包覆聚苯乙烯粒子(PS@TiO₂粒子)、聚吡咯包覆聚苯乙烯粒子(PS@Ppy粒子)或聚吡咯包覆二氧化硅粒子(SiO₂@Ppy粒子)。

如上所述的多状态智能窗，所述绝缘微结构的材质为聚合物或无机材料；所述绝缘微结构为柱状结构或条纹结构；所述绝缘微结构等距排列，高度为1～50μm，宽度为1～100μm，排列的间距为宽度的0.5～10倍。

如上所述的多状态智能窗，所述聚合物为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂；所述无机材料为二氧化硅或氧化锆；所述柱状结构为方形立柱、圆柱形立柱、圆锥形立柱或金字塔形立柱；所述条纹结构为方形条纹或棱锥条纹。

如上所述的多状态智能窗，包括色彩和透光性控制电路，所述色彩和透光性控制电路分别与电极层I和电极层II的导电层连接；所述绝缘基底层的材质为玻璃、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜树脂(PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；所述导电层的材质为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、碳纳米管或石墨烯。

本发明的智能窗在通电后，使分散液中的胶体粒子按照一定规律自组装成为具有色彩的微形结构，通过调节电压大小，实现调节胶体粒子排布的紧密程度，从而改变光子晶体反射光的波长，使得窗体颜色出现连续的转变，实现可见光全覆盖色彩转变效果。

本发明对透光性的调节是基于以下原理：

当电压极小时，胶体粒子十分杂乱无序，可以实现全遮光状态；当施加较大的外加电压，由于绝缘微结构的存在，可实现局部区域电场调控，诱导分散液中的胶体粒子在局部区域紧密有序排列，在其他区域极少甚至没有胶体粒子的存在，从而实现透光性的转变。

当施加电压较小(0～3V)，随着电压的改变可以实现反射波长的连续性变化，实现可见光全覆盖的色彩转变效果；当施加电压较大(5～40V)，胶体粒子在局部区域高度有序密集排列，其他区域没有或极少存在胶体粒子，实现透光性的调节。

本发明还提供制备如上所述的多状态智能窗的方法，制备两个复合板并将二者间距排列形成空腔，在空腔内填充胶体粒子分散液后密封得到多状态智能窗；

所述两个复合板包括绝缘基底层和导电层，其中一个或两个复合板还包括与导电层连接的绝缘微结构层；所述间距排列时两个复合板的绝缘基底层位于最外侧。

作为优选的技术方案：

如上所述的方法，具体步骤如下：

(1)在绝缘基底上镀透明导电材料制得复合板；

(2)在一个或两个复合板的导电层表面均匀沉积无机材料形成绝缘微结构层，或者在一个或两个复合板的导电层表面通过掩膜光刻或者压印聚合物形成绝缘微结构层；

(3)将两复合板间距排列形成空腔后，将胶体粒子分散液注入空腔密封即制得多状态智能窗。

如上所述的方法，步骤(2)中，所述沉积采用气相沉积法；步骤(3)中，所述两复合板平行，间距为20～50μm；所述注入空腔的方式为真空吸入；所述密封为热压密封或紫外密封，所述热压密封是指在导电层边缘黏附一层热封胶带后于80～150℃下热压10～20s将空腔两端密封；所述紫外密封是指在导电层边缘涂覆感光胶后于波长为365nm的紫外光下固化1～2min将空腔两端密封。

本发明还提供采用如上所述的多状态智能窗制得的多图案智能窗，多图案智能窗由多块多状态智能窗拼接而成，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。

发明机理：

多色彩的调节：

根据Bragg-Snell方程，kλ＝2d(n²-sin²β)^1/2，其中，k为反射级数，λ为反射波长，d为有序结构晶面间距，n为有效折射系数，β为相对于样品表面法向的入射角。根据公式可得，d改变，λ发生相应的改变，即表现出不同的色彩展示效果。在本发明中，通过注入不同浓度的胶体粒子，使得在初始状态下粒子的间距不同，其对应的反射波长λ也将不同，因此在初始状态下，通过改变胶体粒子分散液的浓度可以实现智能窗初始状态显示不同的色彩。此外，通过施加不同电压，诱导胶体粒子向超电极一侧聚集，有序结构晶面间距d会发生改变，其对应的反射波长λ也相应的改变，从而实现多种色彩的转变。

透光性的调节：

胶体粒子的分散程度决定了智能窗透光性的大小。无外加电场时，胶体粒子自由的无序排列，透光性较差。外加大电场，由于微结构的存在，可实现局部区域电场调控，诱导分散液中的胶体粒子在局部区域紧密堆积，其余区域没有或极少存在胶体粒子，实现透光性的转变。

本发明通过胶体粒子浓度的调节使得单块智能窗具有不同的初始色彩以及透光性，并且后期调节过程不同，智能窗显示效果不同，可以采用多像素原理将小型智能窗进行组装，通过控制单个显色单元的显示效果，可以实现图案化的显示效果，故存在多种色彩、透光性调节的效果，具体如下：通过改变胶体粒子分散液的浓度，制得不同初始显示效果的智能窗，在施加不同强度的外加电场时，可实现不同的变化效果，具体的显示效果如下：

1.低透光/不显色—不透光/显色—高透光/不显色

2.不透光/显色—高透光/不显色

3.通过像素点拼接，将多块小型色彩及透光性可变的智能窗组合拼装，可以单独控制每一个像素点的色彩与透光性，故可实现图案化的智能窗显示效果；

胶体粒子分散液质量分数较低(<10％)，智能窗初始状态为低透光、不显色，在施加电场的过程中，智能窗显示状态逐渐变为不透光且显色，继续施加单向电压，智能窗显示状态变为高透光不显色；

胶体粒子分散液质量分数较高(10％～30％)，智能窗初始状态为显色不透明，在施加电场的过程中，可以实现智能窗两侧显示不同色彩的显示效果，并且如果施加反向电压，可实现显示色彩显示面的转换，进一步增大电场强度，可以实现智能窗的透明状态。

本发明的一种色彩和透光性可变的多状态智能窗，可以像素化，以像素点的方式进行排列组合，外加程序控制每一个显色单元的显示效果，可实现智能窗的图案化。将多块极小智能窗排列组合，形成可实现图案化显示的智能窗，通过编程对每一个显色单元施加不同的外加电压，从而实现调控每一个显色单元的色彩以及透明度，每一个显色单元都能实现可见光全覆盖的色彩显示效果以及透光性的转变，从而实现显示的图案化。

有益效果：

(1)本发明的一种多状态智能窗，色彩上可实现连续全色彩调节，色彩显示是通过反射自然光而发光，对人的视觉刺激柔和且反射率与对比度高，改变传统玻璃不可变色及传统智能窗变色不稳定、时效短的缺点；

(2)本发明的一种多状态智能窗，可通过对分散液中胶体粒子浓度进行控制设置不同的窗体颜色，其色彩变化效果及色彩调节范围也不同，其色彩变化过程可控且可逆，迅速，色彩丰富；

(3)本发明的一种多状态智能窗，在工作时通过较大的改变工作电极间的电势差，诱导分散液中的胶体粒子有序密集排列，实现透光性的改变；

(4)本发明的一种多状态智能窗，整个过程调节方式简单，变化过程迅速，可调色彩丰富、可实现全遮光性且兼具色彩与透光性调节功能，极具应用价值；

(5)本发明的一种多状态智能窗的制备方法，简单易行，成本低；

(6)本发明的一种多状态智能窗制得的多图案智能窗，形成图案清晰鲜艳，调控效果简单易行，并且可以形成单侧显示图案和单色透明的显示效果。

附图说明

图1为本发明的多状态智能窗的色彩以及透光性改变原理图；

图2为本发明的多状态智能窗的色彩变化光谱图；

图3为本发明的多状态智能窗的透光性改变光谱图；

图4为本发明的多状态智能窗的结构I示意图；

图5为本发明的多状态智能窗的结构II示意图；

图6为本发明的多状态智能窗的方形立柱状绝缘微结构示意图；

图7为本发明的多状态智能窗的圆柱形立柱状绝缘微结构示意图；

图8为本发明的多状态智能窗的金字塔形立柱状绝缘微结构示意图；

图9为本发明的多状态智能窗的方形条纹状I的绝缘微结构示意图；

图10为本发明的多状态智能窗的棱锥条纹状的绝缘微结构示意图；

图11为本发明的多状态智能窗的方形条纹状II的绝缘微结构示意图；

图12为本发明的多状态智能窗的多图案智能窗示意图；

其中，1为电极层I，1-1为绝缘基底层I，1-2为导电层I，2为绝缘微结构层I，3为分散液层，4为胶体粒子，5为绝缘微结构层II，6为电极层II，6-1为绝缘基底层II，6-2为导电层II，7为封装框架。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种多状态智能窗，具有复合层结构，如图4所示，包括电极层I 1、电极层II 6、分散液层3、绝缘微结构层I 2和绝缘微结构层II 5，其中，电极层I 1和电极层II 2整体透明，电极层I由绝缘基底层I 1-1和导电层I 1-2构成，电极层II 6由绝缘基底层II 6-1和导电层II 6-2构成，分散液层3位于导电层I 1-2和导电层II 6-2之间，绝缘微结构层I 2位于电极层I 1与分散液层3之间，绝缘微结构层II 5位于电极层II 6与分散液层3之间，分散液层3两端由封装框架7密封，分散液中分散有胶体粒子4，胶体粒子4具有电响应特性，为经过表面修饰的二氧化硅粒子，其粒径为80nm，分散液中胶体粒子的质量分数为10％，粒径分布的单分散系数为4％。本发明的多状态智能窗还包括色彩和透光性控制电路，色彩和透光性控制电路分别与电极层I 1的导电层I 1-2和电极层II 6的导电层II6-2连接，多状态智能窗的色彩和透光性随着电极层I 1和电极层II 6之间的电势差的变化而变化。

制备的具体步骤如下：

(1)在绝缘基底上镀透明导电材料制得复合板，其中绝缘基底层的材质为玻璃，导电层的材质为FTO导电玻璃；

(2)在两个复合板的导电层表面采用气相沉积法均匀沉积环氧树脂形成绝缘微结构层，其中绝缘微结构为方形立柱，如图6所示，绝缘微结构等距排列，高度为5μm，宽度为10μm，排列的间距为宽度的1倍。

(3)将两复合板平行并以20μm的间距排列形成空腔后，将含胶体粒子的分散液以真空吸入方式注入空腔热压密封即制得多状态智能窗，其中分散液为碳酸丙烯酯，热压密封是指在导电层边缘黏附一层热封胶带后于150℃下热压20s将空腔两端密封。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时无色彩，透光性较好，透光率为30％，随着外加电压逐渐增大，色彩逐渐转变，呈现显色、不透光状态。进一步增大外加电压，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为70％。

实施例2

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中，绝缘微结构层只有一层，绝缘微结构层II 5位于电极层II6与分散液层3之间，如图5所示，胶体粒子为经过表面修饰的表面包覆一层二氧化硅的四氧化三铁粒子，其粒径为90nm，分散液中胶体粒子的质量分数为15％，粒径分布的单分散系数为5％。制备的具体步骤中，步骤(1)中绝缘基底层的材质为聚酰亚胺，导电层的材质为ITO导电玻璃，步骤(2)中在一个复合板的导电层表面均匀沉积不饱和聚酯树脂形成绝缘微结构层，绝缘微结构为圆柱形立柱，如图7所示，绝缘微结构等距排列，高度为10μm，宽度为20μm，排列的间距为宽度的2倍。步骤(3)中两复合板的间距为30μm，胶体粒子注入空腔的方式为紫外密封，紫外密封是指在导电层边缘涂覆感光胶后于波长为365nm的紫外光下固化1min将空腔两端密封。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为绿色，透光性较差，透光率为5％，随着外加电压不断增大，色彩逐渐发生改变，透光性逐渐提高，当电压大到一定程度，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为60％。

实施例3

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例2基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经表面修饰的四氧化三铁粒子，其粒径为50nm，分散液中胶体粒子的质量分数为13％，粒径分布的单分散系数为3％。制备的具体步骤中，步骤(3)中两复合板的间距为40μm，胶体粒子注入空腔的方式为紫外密封，固化时间为2min。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为绿色，透光性较差，透光率为8％，随着外加电压不断增大，色彩逐渐发生改变，透光性逐渐提高，当电压大到一定程度，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为62％。

实施例4

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中绝缘微结构层位于电极层I与分散液层之间，胶体粒子为经过表面修饰的表面包覆一层二氧化硅的氧化钛粒子，其粒径为150nm，分散液中胶体粒子的质量分数为15％，粒径分布的单分散系数为4.5％。制备的具体步骤中，步骤(1)中绝缘基底层的材质为聚醚砜树脂，导电层的材质为碳纳米管；步骤(2)中在一个复合板的导电层表面通过掩膜光刻酚醛树脂形成绝缘微结构层，绝缘微结构为圆锥形立柱，绝缘微结构等距排列，高度为30μm，宽度为40μm，排列的间距为宽度的3倍；步骤(3)中两复合板的间距为40μm，热压密封的温度为90℃，时间为14s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为绿色，透光性较差，透光率为5％，随着外加电压不断增大，色彩逐渐发生改变，透光性逐渐提高，当电压大到一定程度，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为65％。

实施例5

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例4基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经表面修饰的氧化钛粒子，其粒径为80nm，分散液中胶体粒子的质量分数为18％，粒径分布的单分散系数为3％。制备的具体步骤中，步骤(3)中两复合板的间距为25μm，热压密封的温度为120℃，时间为13s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为绿色，透光性较差，透光率为4％，随着外加电压不断增大，色彩逐渐发生改变，透光性逐渐提高，当电压大到一定程度，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为60％。

实施例6

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的氧化铜粒子，其粒径为50nm，分散液中胶体粒子的质量分数为5％，粒径分布的单分散系数为2％。制备的具体步骤中，步骤(1)中绝缘基底层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，导电层的材质为石墨烯；步骤(2)中在其中一个复合板的导电层表面通过压印双马来酰亚胺树脂形成绝缘微结构层，绝缘微结构为金字塔形立柱，如图8所示，绝缘微结构等距排列，高度为1μm，宽度为80μm，排列的间距为宽度的10倍；步骤(3)中两复合板的间距为50μm，热压密封的温度为80℃，时间为10s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时无色彩，透光性较好，透光率为35％，随着外加电压色逐渐增大，色彩逐渐转变，呈现显色，不透光状态。进一步增大外加电压，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为70％。

实施例7

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例6基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经表面修饰的表面包覆一层二氧化硅的氧化铜粒子，其粒径为150nm，分散液中胶体粒子的质量分数为21％，粒径分布的单分散系数为5％。制备的具体步骤中，步骤(3)中两复合板的间距为20μm，热压密封的温度为140℃，时间为16s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为蓝色，透光性极差，透光率为0，随着电压不断增大，色彩发生转变。

实施例8

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的氧化锌粒子，其粒径为130nm，分散液中胶体粒子的质量分数为20％，粒径分布的单分散系数为8％。制备的具体步骤中，步骤(1)中绝缘基底层的材质为聚碳酸酯，导电层的材质为FTO导电玻璃；步骤(2)中在两个复合板的导电层表面通过压印聚酰亚胺树脂形成绝缘微结构层，绝缘微结构为方形条纹，如图9所示，绝缘微结构等距排列，高度为45μm，宽度为1μm，排列的间距为宽度的0.5倍；步骤(3)中两复合板的间距为30μm，热压密封的温度为150℃，时间为20s。

实施例9

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例8基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经表面修饰的表面包覆二氧化硅的氧化锌粒子，其粒径为150nm，分散液中胶体粒子的质量分数为5％，粒径分布的单分散系数为7％。制备的具体步骤中，步骤(3)中两复合板的间距为20μm，热压密封的温度为140℃，时间为10s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时无色彩，透光性较好，透光率为40％，随着外加电压逐渐增大，色彩逐渐转变，呈现显色，不透光状态。进一步增大外加电压，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为70％。

实施例10

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的氧化锆包覆聚苯乙烯粒子，其粒径为200nm，分散液中胶体粒子的质量分数为1％，粒径分布的单分散系数为5％。制备的具体步骤中，步骤(1)中绝缘基底层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，导电层的材质为ITO导电玻璃；步骤(2)中同时在两个复合板的导电层表面均匀沉积二氧化硅形成绝缘微结构层，绝缘微结构为棱锥条纹，如图10所示，绝缘微结构等距排列，高度为50μm，宽度为100μm，排列的间距为宽度的0.5倍；步骤(3)中两复合板的间距为30μm，紫外密封的固化时间为2min。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时无色彩，透光性较好，透光率为37％，随着外加电压色逐渐增大，色彩逐渐转变，呈现显色，不透光状态。进一步增大外加电压，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为75％。

实施例11

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例2基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的聚甲基丙烯酸甲酯粒子，其粒径为200nm，分散液中胶体粒子的质量分数为30％，粒径分布的单分散系数为10％。制备的具体步骤中，步骤(2)中在其中一个复合板的导电层表面均匀沉积氧化锆形成绝缘微结构层，绝缘微结构为方形条纹，如图11所示，绝缘微结构等距排列，高度为20μm，宽度为60μm，排列的间距为宽度的6倍；步骤(3)中两复合板的间距为20μm，紫外密封的固化时间为1.5min。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为蓝色，透光性极差，透光率为1％，随着电压不断增大，色彩发生转变。

实施例12

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的聚苯乙烯粒子，其粒径为70nm，分散液中胶体粒子的质量分数为40％，粒径分布的单分散系数为7％。制备的具体步骤中，步骤(3)中密封的方式为紫外密封，紫外密封的固化时间为1.8min。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时无色彩，透光性较好，透光率为30％，随着外加电压色逐渐增大，色彩逐渐转变，呈现显色，不透光状态。进一步增大外加电压，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为68％。

实施例13

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的二氧化钛包覆聚苯乙烯粒子，其粒径为160nm，分散液中胶体粒子的质量分数为5％，粒径分布的单分散系数为9％。制备的具体步骤中，步骤(3)中密封的方式为热压密封，热压密封的温度为140℃，时间为12s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时无色彩，透光性较好，透光率为34％，随着外加电压色逐渐增大，色彩逐渐转变，呈现显色，不透光状态。进一步增大外加电压，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为70％。

实施例14

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的聚吡咯包覆聚苯乙烯粒子，其粒径为60nm，分散液中胶体粒子的质量分数为15％，粒径分布的单分散系数为10％。制备的具体步骤中，步骤(3)中密封的方式为热压密封，热压密封的温度为110℃，时间为17s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为绿色，透光性较差，透光率为6％，随着外加电压不断增大，色彩逐渐发生改变，透光性逐渐提高，当电压大到一定程度，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为65％。

实施例15

一种多状态智能窗，其结构及制备方法与实施例1基本一致，不同的是，结构中胶体粒子为经过表面修饰的聚吡咯包覆二氧化硅粒子，其粒径为170nm，分散液中胶体粒子的质量分数为20％，粒径分布的单分散系数为3％。制备的具体步骤中，步骤(3)中密封的方式为热压密封，热压密封的温度为140℃，时间为10s。

最终制得的多状态智能窗未施加电压时色彩为绿色，透光性较差，透光率为3％，随着外加电压不断增大，色彩逐渐发生改变，透光性逐渐提高，当电压大到一定程度，智能窗呈现不显色、高透光状态，透光率为65％。

实施例16

一种多图案智能窗，结构示意图如图12所示，由多块上述实施例1和实施例6的多状态智能窗拼接而成，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。

实施例17

一种多图案智能窗，由多块上述实施例1和实施例7的多状态智能窗拼接而成，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。

实施例18

一种多图案智能窗，由多块上述实施例6和实施例7的多状态智能窗拼接而成，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。

实施例19

一种多图案智能窗，由多块上述实施例1、实施例6和实施例7的多状态智能窗拼接而成，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。

实施例20

一种多图案智能窗，由多块上述实施例5的多状态智能窗拼接而成，通过调节其中几块多状态智能窗外接电场的电压，改变色彩和透光性，使得多图案智能窗的图案随着该多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化可实现。

Claims

1.多状态智能窗，其特征是：具有复合层结构，所述复合层包括电极层I、电极层II、分散液层和绝缘微结构层；

2.根据权利要求1所述的多状态智能窗，其特征在于，所述胶体粒子为经过表面修饰的无机粒子或有机粒子，其粒径为50～200nm，粒径分布的单分散系数小于等于10％；所述分散液中胶体粒子的质量分数为1～40％，所述分散液为碳酸丙烯酯、丙酮、甲苯、二甲苯、四氯乙烯和环己烷中的一种以上。

3.根据权利要求2所述的多状态智能窗，其特征在于，所述无机粒子为二氧化硅粒子或者为表面包覆或未包覆一层二氧化硅的其他粒子，所述其他粒子为四氧化三铁粒子、氧化钛粒子、氧化铜粒子或氧化锌粒子；所述有机粒子为聚苯乙烯粒子、聚甲基丙烯酸甲酯粒子、氧化锆包覆聚苯乙烯粒子、二氧化钛包覆聚苯乙烯粒子、聚吡咯包覆聚苯乙烯粒子或聚吡咯包覆二氧化硅粒子。

4.根据权利要求1所述的多状态智能窗，其特征在于，所述绝缘微结构的材质为聚合物或无机材料；所述绝缘微结构为柱状结构或条纹结构；所述绝缘微结构等距排列，高度为1～50μm，宽度为1～100μm，排列的间距为宽度的0.5～10倍。

5.根据权利要求4所述的多状态智能窗，其特征在于，所述聚合物为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂；所述无机材料为二氧化硅或氧化锆；所述柱状结构为方形立柱、圆柱形立柱、圆锥形立柱或金字塔形立柱；所述条纹结构为方形条纹或棱锥条纹。

6.根据权利要求1所述的多状态智能窗，其特征在于，包括色彩和透光性控制电路，所述色彩和透光性控制电路分别与电极层I和电极层II的导电层连接；所述绝缘基底层的材质为玻璃、聚酰亚胺、聚醚砜树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；所述导电层的材质为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、碳纳米管或石墨烯。

7.制备如权利要求1～6任一项所述的多状态智能窗的方法，其特征是：制备两个复合板并将二者间距排列形成空腔，在空腔内填充胶体粒子分散液后密封得到多状态智能窗；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)在绝缘基底上镀透明导电材料制得复合板；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述沉积采用气相沉积法；步骤(3)中，所述两复合板平行，间距为20～50μm；所述注入空腔的方式为真空吸入；所述密封为热压密封或紫外密封，所述热压密封是指在导电层边缘黏附一层热封胶带后于80～150℃下热压10～20s将空腔两端密封；所述紫外密封是指在导电层边缘涂覆感光胶后于波长为365nm的紫外光下固化1～2min将空腔两端密封。

10.采用如权利要求1～6任一项所述的多状态智能窗制得的多图案智能窗，其特征是：多图案智能窗由多块多状态智能窗拼接而成，多图案智能窗的图案随着每块多状态智能窗色彩和透光性的变化而变化。