CN110646870A - 透光率可调控薄膜、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种透光率可调控薄膜的制备方法，包括：对透明弹性薄膜进行预拉伸，使所述透明弹性薄膜呈拉伸状态；对呈拉伸状态的所述透明弹性薄膜进行表面处理，从而在所述透明弹性薄膜的至少一侧表面形成硬质层；对经表面处理后的所述透明弹性薄膜进行二次拉伸，之后缓慢释放应力使所述透明弹性薄膜回复至原始状态，得到透光率可调控薄膜。本发明的透光率可调控薄膜，在拉伸应变条件下展现出多重透光性变化，且具有高灵敏度，并且可在较小形变条件下实现对透光率的大范围调控。其在建筑百叶窗、汽车窗户、智能窗等领域具有广阔的应用前景，具有良好的应用价值，同时为新一代机械力响应性光学智能材料的设计提供了借鉴。

Description

透光率可调控薄膜、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种透光率可调控薄膜、其制备方法及应用，属于智能材料领域。
背景技术
窗户对于建筑物的采光、通风、节能等多个方面具有重要作用。如果建筑物的窗户能按需调控光线的透光率，一方面会让家居更智能更舒适，一方面还能减少制热制冷的能量消耗，更加环保节能。同时，实现材料透光性的可调控，在柔性光伏电池、可穿戴生物传感器、可弯曲医疗器件等领域有着广泛的应用需求。
目前能够对光、电、磁以及温度等外界刺激具有响应性的纳米粒子、变色材料、聚合物液晶等智能材料体系已被广泛用于智能窗户的应用研究中，然而这些材料往往制备复杂，而且实现调光功能还需要消耗额外的能量，想要简便地实现材料体系透明度的大幅调控仍然是一项挑战。因此开发出一种简单低成本的材料显得十分有意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种透光率可调控薄膜、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种透光率可调控薄膜的制备方法，包括：
对透明弹性薄膜进行预拉伸，使所述透明弹性薄膜呈拉伸状态；
对呈拉伸状态的所述透明弹性薄膜进行表面处理，从而在所述透明弹性薄膜的至少一侧表面形成硬质层；
对经表面处理后的所述透明弹性薄膜进行二次拉伸，之后缓慢释放应力使所述透明弹性薄膜回复至原始状态，得到透光率可调控薄膜。
本发明实施例还提供一种由前述制备方法制备得到的透光率可调控薄膜。
本发明实施例还提供一种智能窗，所述智能窗包括前述的透光率可调控薄膜。
较之现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明实施例提供的透光率可调控薄膜，该智能材料体系在拉伸应变条件下展现出多重透光性变化，且具有高灵敏度，并且可在较小形变条件下(＜10％)实现对透光率的大范围调控。
(2)本发明实施例提供的透光率可调控薄膜，属于柔性智能复合材料，其在建筑百叶窗、汽车窗户、智能窗等领域具有广阔的应用前景，具有良好的应用价值，同时为新一代机械力响应性光学智能材料的设计提供了借鉴。
(3)本发明透光率可调控薄膜的制备方法，具有简单、快速、可大规模制备的特点，在光学材料领域具有旷阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明一典型实施方式中透光率可调控薄膜的制备工艺流程图。
图2是本发明一典型实施方式中在不同拉伸倍率状态下透光率可调控薄膜的透光率变化图。
图3是本发明实施例1中制备的透光率可调控薄膜的宏观图片。
具体实施方式
针对现有技术的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以相互结合，从而构成新的或者优选的技术方方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的是一种透光率可调控薄膜的制备方法，包括：
对透明弹性薄膜进行预拉伸，使所述透明弹性薄膜呈拉伸状态；
对呈拉伸状态的所述透明弹性薄膜进行表面处理，从而在所述透明弹性薄膜的至少一侧表面形成硬质层；
对经表面处理后的所述透明弹性薄膜进行二次拉伸，之后缓慢释放应力使所述透明弹性薄膜回复至原始状态，得到透光率可调控薄膜。
在一些实施方案中，具体包括：对透明弹性薄膜进行单轴预拉伸，之后对所述透明弹性薄膜进行表面处理。
在一些实施方案中，所述透明弹性薄膜包括聚二甲基硅氧烷薄膜。
在一些实施方案中，所述透明弹性薄膜的厚度为0.1～1mm。
在一些实施方案中，所述预拉伸的倍率为10-20％。
在一些实施方案中，所述二次拉伸的倍率为10-30％。
在一些实施方案中，至少采用氧等离子体(OP)、紫外臭氧(UVO)和强酸氧化中的任意一种方式对呈拉伸状态的所述透明弹性薄膜进行表面处理。
在一些实施方案中，所述硬质层包括氧化硅层。
在一些具体的实施方案中，透光率可调控薄膜的制备方法，包括：
将透明弹性薄膜剪裁成一定尺寸，将其固定在间距为3cm的拉伸装置上，然后对透明弹性薄膜进行单轴预拉伸；在拉伸的状态下在透明弹性薄膜的表面进行表面处理，使得表面形成一层硬质层，随后二次拉伸透明弹性薄膜，之后缓慢释放应力使其回到原始状态。
其中，透明弹性薄膜剪裁成长5cm，宽1cm的矩形形状，另外也可剪裁为其他任意形状。
透光率可调控薄膜的制备工艺流程可见图1所示，在不同拉伸倍率状态下透光率可调控薄膜的透光率变化见图2所示。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的是由前述方法制备得到的透光率可调控薄膜。
在一些实施方案中，所述透光率可调控薄膜的透光率调控范围可达到43～96％。
其中，透光率指可见光波段下的透光率。
作为本发明技术方案的又一个方面，其所涉及的是一种智能窗，所述智能窗包括前述的透光率可调控薄膜。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例中采用的实施条件可以根据实际需要而做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
将5g的聚二甲基硅氧烷主剂与固化剂以质量比10∶1混合搅拌10min，放在真空烘箱中把气泡抽滤掉，然后将聚二甲基硅氧烷滴涂到PMMA(有机玻璃板)表面，在旋涂机中以600rpm/min的转速，旋涂30s后，放入真空烘箱中在75℃下加热120min使聚二甲基硅氧烷薄膜固化，最后再将聚二甲基硅氧烷薄膜从PMMA板上揭下来裁切成固定尺寸的薄膜，薄膜形状为矩形，尺寸为1×5cm(宽度×长度)。
将裁切好的厚度为1mm的薄膜固定在间距为3cm的拉伸装置上，将其单轴预拉伸20％。之后将聚二甲基硅氧烷薄膜放入紫外臭氧清洗箱中进行表面照射，从而在薄膜表面形成一层均匀的氧化硅硬质层。紫外臭氧清洗箱的工作条件为：
功率：250w，工作光谱：185nm+254nm，表面照射时间30min。
照射完毕后取出薄膜冷却至室温，随后二次拉伸薄膜两端使其产生30％的应变。最后缓慢释放应力使其恢复到原始状态，此时薄膜的透光率为43％。当再次单轴拉伸薄膜时，薄膜的透光率呈先上升后下降的状态，其中拉伸倍率为20％时透光率到达最高且为96％。
透光率可调控薄膜的宏观图片见图3所示。
实施例2
制备聚二甲基硅氧烷薄膜，薄膜形状为矩形，尺寸为1×5cm(宽度×长度)，厚度为0.1mm。
将裁切好的厚度为0.1mm的薄膜固定在间距为3cm的拉伸装置上，将其单轴预拉伸10％，之后将聚二甲基硅氧烷薄膜放入氧等离子清洗机对薄膜进行表面照射，从而在薄膜表面形成一层均匀的氧化硅硬质层。氧等离子清洗机的工作条件为：
功率为100W，氧气流量为10ml/min，照射时间2min。
表面处理完毕后取出薄膜冷却至室温，随后二次拉伸薄膜两端使其产生10％的应变。最后缓慢释放应力使其恢复到原始状态，此时薄膜的透光率为43％。当再次单轴拉伸薄膜时，薄膜透光率呈先上升后下降的状态，其中拉伸倍率为20％时透光率到达最高且为96％。
实施例3
制备聚二甲基硅氧烷薄膜，薄膜形状为矩形，尺寸为1×5cm(宽度×长度)，厚度为0.5mm。
将裁切好的厚度为0.5mm的薄膜固定在间距为3cm的拉伸装置上，将其单轴预拉伸15％。之后采用强酸氧化对聚二甲基硅氧烷薄膜表面进行氧化，从而在薄膜表面形成一层均匀的氧化硅硬质层。具体步骤为：分别取硫酸30mL、硝酸10mL、去离子水5mL，加入到固定在恒温磁力搅拌器中的烧杯内，在80℃恒温下对混合酸溶液加热30min后，用滴管吸取2ml配制的混合酸溶液，均匀滴涂在处于拉伸状态下的聚二甲基硅氧烷薄膜表面，30s之后去除表面残留的酸溶液、用去离子水清洗2min，自然状态下晾干。
表面处理完毕后取出薄膜冷却至室温，随后二次拉伸薄膜两端使其产生20％的应变。最后缓慢释放应力使其恢复到原始状态，此时薄膜的透光率为43％。当再次单轴拉伸薄膜时，薄膜透光率呈先上升后下降的状态，其中拉伸倍率为20％时透光率到达最高且为96％。
此外，本案发明人还利用前文所列出的其它工艺条件等替代实施例1-3中的相应工艺条件进行了相应试验，所需要验证的内容和与实施例1-3产品均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1～3作为代表说明本发明申请优异之处。
需要说明的是，在本文中，在一般情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的步骤、过程、方法或者实验设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，以上所述实例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于包括：
对透明弹性薄膜进行预拉伸，使所述透明弹性薄膜呈拉伸状态；
对呈拉伸状态的所述透明弹性薄膜进行表面处理，从而在所述透明弹性薄膜的至少一侧表面形成硬质层；
对经表面处理后的所述透明弹性薄膜进行二次拉伸，之后缓慢释放应力使所述透明弹性薄膜回复至原始状态，得到透光率可调控薄膜。
2.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于具体包括：对透明弹性薄膜进行单轴预拉伸，之后对所述透明弹性薄膜进行表面处理。
3.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于所述透明弹性薄膜包括聚二甲基硅氧烷薄膜。
4.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于：所述透明弹性薄膜的厚度为0.1～1mm。
5.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于：所述预拉伸的倍率为10-20％。
6.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于：所述二次拉伸的倍率为10-30％。
7.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于：至少采用氧等离子体、紫外臭氧和强酸氧化中的任意一种方式对呈拉伸状态的所述透明弹性薄膜进行表面处理。
8.根据权利要求1所述的透光率可调控薄膜的制备方法，其特征在于：所述硬质层包括氧化硅层。
9.由权利要求1-8中任一项方法制备得到的透光率可调控薄膜；优选的，所述透光率可调控薄膜的透光率调控范围为43～96％。
10.一种智能窗，其特征在于，所述智能窗包括权利要求9中所述的透光率可调控薄膜。
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