CN113272373B - 一种全固态pvb基离子传输材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及离子传输材料技术领域,具体为一种全固态PVB基离子传输材料及其制备方法和应用。本申请通过以单层石墨烯、单壁碳纳米管或纳米银线为纳米粉体,并通过控制导电浆料中含碱金属的路易斯碱的含量及路易斯碱与纳米粉体的比例,提供一种电导率高的离子传输材料,同时该离子传输材料为固态材料,应用于电致变色夹胶玻璃作为离子传输层,不仅便于封装,解决电致变色器件封装困难的问题,且电致变色夹胶玻璃的变色速度快,通电稳定后与断电时玻璃的透光度之差大于等于45%,电致变色效果好。本申请通过采用超声波细胞粉碎仪对分散剂、溶剂和纳米粉体的混合物进行超声分散并控制分散时长,可保障形成的导电浆料的性能,防止失效。
Description
技术领域
本申请涉及离子传输材料技术领域,尤其涉及一种全固态PVB基离子传输材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着国民经济和现代科学技术的发展,节能和环保受到了人们越来越多的关注。在不断增大的社会总能耗中,建筑能耗占有较大的比重。我国建筑能耗已占全社会总能耗的27.6%,且呈逐年上升的趋势。因此,建筑节能已成为我国经济发展的一项长期的战略方针。夹层安全玻璃以其安全、隔音、隔热、抗紫外线等优异的性能被广泛应用于建筑业,其优异的隔热性能主要得益于夹层玻璃中间的聚合物材料的导热系数比普通玻璃的导热系数低得多,在热流的传递过程中对热流的阻碍作用较大。目前,夹层玻璃中的中间夹膜主要以PVB、EVA、TPU、SGP为主,但单用这些中间夹膜做出来的夹层玻璃与传统的LOE-E中空玻璃相比,隔热性能较差,因此技术人员开始研究具有优良隔热性能的中间夹膜。中国专利201210106417.7和201410353896.1以EVA作为基材,制备出对紫外线和红外线屏蔽较高,而且使得可见光透过率高的功能隔热EVA胶膜。中国专利201110312122.0利用少量有机溶剂将少量PVB溶解,再加入适量ITO粉,用球磨机反复碾磨形成纳米乳液,再与增塑剂按一定比例加到PVB树脂粉中,在挤出机中塑化通过模具成膜而得到一种隔热PVB膜片。虽然夹层玻璃应用这些中间夹膜能很好的解决建筑节能的问题,但是这些夹层玻璃的光学性能是固定不变的。市场上作为吸收和反射可调节的、近红外区能量可控的“灵巧窗”在建筑行业具有十分诱人的应用前景,急需一种能在外加电场下颜色及透光率等光学参数能发生可逆变化的玻璃,即电致变色玻璃。
电致变色材料是指在外加电流或电场的作用下,材料的光学性能(透射率、反射率、吸收率和发射率等)在可见光波长范围内产生稳定的可逆变化,可以广泛应用于能源、信息、电子、建筑等各个方面。电致变色玻璃是以玻璃或亚克力玻璃作为基底材料,依次镀上透明导电层、电致变色层、离子传输层、离子存储层和透明导电层。在早期研究中,主要是采用液态电解质作为电致变色器件的离子传输层,这样会给电致变色器件的封装带来极大的不便,而且也不利于大面积显示。中国专利文献CN201510591161.7针对电致变色器件只能采用液态电解质作为离子传输层,导致电致变色器件的封装困难,不利于大面积显示的问题,公开了一种离子传输材料及其制备方法和应用。然而,以固态的离子传输材料作为电致变色玻璃的离子传输层,在电导率及变色速度和透光度方面还有待进一步提高和优化。
申请内容
本申请针对现有以固态的离子传输材料作为离子传输层的电致变色玻璃,其电导率及变色速度和透光度方面还有待进一步提高和优化的问题,提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种全固态PVB基离子传输材料的制备方法和应用。
为实现上述目的,本申请采用以下技术方案。
本申请的第一方面,提供一种全固态PVB基离子传输材料,所述全固态PVB基离子传输材料由导电浆料和PVB树脂按任意比例混合均匀制成;所述导电浆料由纳米粉体液和B液组成,所述纳米粉体液由溶剂和分散在溶剂中的纳米粉体以及分散剂组成,所述B液由增塑剂和含碱金属的路易斯碱组成,纳米粉体液的质量为B液质量的2.7-3.2%;
所述B液中路易斯碱的质量百分比为17-20%;
所述纳米粉体液中分散剂的质量为纳米粉体质量的20-120%;
所述纳米粉体选自单层石墨烯、单壁碳纳米管、纳米银线中的至少一种。
优选的,所述单层石墨烯的片径为0.5-5μm,单层率≥80%;所述单壁碳纳米管的纯度≥95%,直径为1-2nm,长度为5-30μm;所述纳米银线的平均直径≤20nm,长度≥30μm。
优选的,所述路易斯碱选自LiI、LiAsF6、LiPF6、LiClO4、LiN(SO3CF3)2、LiBF4、LiCF3SO3中的至少一种。
优选的,所述增塑剂选自聚乙二醇300(PEG-300)、乙二醇、无水乙烯碳酸酯、无水丙烯碳酸酯、三甘醇二异辛酸酯中的至少一种。
优选的,所述增塑剂的质量为PVB树脂质量的20-45%。
优选的,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)或无水乙醇。
优选的,所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、Dispersago-9311或EFKA4310。
本申请的另一方面,提供以上所述的全固态PVB基离子传输材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、先将分散剂与溶剂混合均匀,然后向混合物中加入纳米粉体并使纳米粉体分散于溶剂中,得到纳米粉体液;将路易斯碱溶于增塑剂中,得到B液;
S2、纳米粉体液与B液混合均匀,得到导电浆料;
S3、导电浆料与PVB树脂混合并搅拌均匀,塑化后得到全固态PVB基离子传输材料。
优选的,步骤S1中,分散剂、溶剂和纳米粉体的混合物用超声波细胞粉碎仪超声分散5-60min。
本申请的再一方面,提供一种电致变色夹胶玻璃,由依次层叠的上夹层玻璃、离子传输胶膜、下夹层玻璃构成;所述离子传输胶膜由以上任一所述的全固态PVB基离子传输材料形成;所述上夹层玻璃由钢化玻璃及依次镀在钢化玻璃上的ITO镀层、氧化钼镀层组成;下夹层玻璃由钢化玻璃及依次镀在钢化玻璃上的ITO镀层、三氧化钨镀层组成。
与现有技术相比,本申请的有益效果是:
本申请通过以单层石墨烯、单壁碳纳米管或纳米银线为纳米粉体,并通过控制导电浆料中含碱金属的路易斯碱的含量及路易斯碱与纳米粉体的比例,提供一种电导率高的离子传输材料,同时该离子传输材料为固态材料,应用于电致变色夹胶玻璃作为离子传输层,不仅便于封装,解决电致变色器件封装困难的问题,且电致变色夹胶玻璃的变色速度快,通电稳定后与断电时玻璃的透光度之差大于等于45%,电致变色效果好。本申请通过采用超声波细胞粉碎仪对分散剂、溶剂和纳米粉体的混合物进行超声分散并控制分散时长,可保障形成的导电浆料的性能,防止失效。
具体实施方式
为了更充分的理解本申请的技术内容,下面结合具体实施例对本申请的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例1
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiAsF6,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40克纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
电致变色夹胶玻璃的制备:
以本实施例制备的离子传输胶膜作为电致变色夹胶玻璃中离子传输层,制作电致变色夹胶玻璃,电致变色夹胶玻璃的预叠结构由上夹层玻璃、离子传输胶膜、下夹层玻璃构成,其中,上夹层玻璃由5mm的钢化玻璃及依次镀在玻璃上的50nm厚的ITO镀层、300nm厚的氧化钼镀层组成,下夹层玻璃由5mm的钢化玻璃及依次镀在玻璃上的50nm厚的ITO镀层、300nm厚的三氧化钨镀层组成。将预叠结构置于-0.08MPa,135℃的夹胶炉中保持35min,制得电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为1.25ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是16S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为2%,断电后玻璃的透光率为68%。
实施例2
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml DMF,向其中加入180mg PVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入300mg单壁碳纳米管(纯度大于95%,直径1-2nm,长度5-30μm),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散45min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1000g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiClO4,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.5mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为1.16ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是21S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为3%,断电后玻璃的透光率为65%。
实施例3
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)称取5g分散剂EFKA4310与470g无水乙醇搅拌均匀,在混合液中加入25g纳米银线(平均直径小于20nm,长度大于30μm),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散45min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g三甘醇二异辛酸酯,向其中加入250g LiClO4,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.5mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.87ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是27S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为3%,断电后玻璃的透光率为58%。
实施例4
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入180mg Dispersago-9311,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1100g聚乙二醇300,向其中加入250g LiPF6,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取5500g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.81ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是29S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为1%,断电后玻璃的透光率为55%。
实施例5
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g乙二醇,向其中加入250g LiBF4,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取2700g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.96ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是24S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为1%,断电后玻璃的透光率为60%。
实施例6
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水乙烯碳酸酯,向其中加入250g LiCF3SO3,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.91ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是26S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为2%,断电后玻璃的透光率为59%。
实施例7
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiN(SO3CF3)2,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.82ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是29S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为1%,断电后玻璃的透光率为55%。
实施例8
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiCF3SO3,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.79ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是30S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为3%,断电后玻璃的透光率为52%。
实施例9
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiI,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.78ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电后变色至颜色稳定不变时所需时间是30S,颜色稳定不变时玻璃的透光率为3%,断电后玻璃的透光率为51%。
对比例1
本对比例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法。全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150mlNMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5~5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后转入棒销式砂磨机中分散1h,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200克无水丙烯碳酸酯,向其中加入250克LiAsF6,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24小时以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用电导率测试仪测试本对比例制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.02ms/cm。离子传输胶膜在室温(25-32℃)下放置一周后,离子传输胶膜内有晶体析出,使离子传输胶膜变得浑浊,可观察到膜内有小颗粒斑点。
对比例2
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散90min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiAsF6,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40克纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用电导率测试仪测试本对比例制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.11ms/cm。
在另一实施方案中,相对对比例2,改变制备纳米粉体液时用1KW超声波细胞粉碎仪分散对NMP、PVP和单层石墨烯的混合物进行超声分散的时间,由90min改为60min,其它与对比例2的完全一致。采用电导率测试仪测试所制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.69ms/cm。
对比例3
本对比例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法。全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1600g无水丙烯碳酸酯,向其中加入750g LiClO4,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用电导率测试仪测试本对比例制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.05ms/cm。离子传输胶膜在室温(25-32℃)下放置一周后,离子传输胶膜内有晶体析出,使离子传输胶膜变得浑浊,可观察到膜内有小颗粒斑点。
对比例4
本对比例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法。全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg单层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度0.45nm,单层率80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入360g LiAsF6,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40克纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用电导率测试仪测试本对比例制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.03ms/cm。离子传输胶膜在室温(25-32℃)下放置一周后,离子传输胶膜内有晶体析出,使离子传输胶膜变得浑浊,可观察到膜内有小颗粒斑点。
对比例5
本对比例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法。全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml DMF,向其中加入180mg PVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入300mg单壁碳纳米管(纯度大于95%,直径1-2nm,长度5-30μm),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散45min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1000g无水丙烯碳酸酯,向其中加入280g LiClO4,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.5mm。
采用电导率测试仪测试本对比例制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.05ms/cm。离子传输胶膜在室温(25-32℃)下放置一周后,离子传输胶膜内有晶体析出,使离子传输胶膜变得浑浊,可观察到膜内有小颗粒斑点。
对比例6
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法,并且还提供了应用该种离子传输材料的电致变色夹胶玻璃。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)于300ml锥形瓶中准确量取150ml NMP,向其中加入60mgPVP,用玻璃棒搅拌均匀直至PVP全部溶解,然后向其中加入150mg多层石墨烯(片径0.5-5μm,厚度1.0nm,2-5层的石墨烯占80%),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散30min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g无水丙烯碳酸酯,向其中加入250g LiAsF6,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40克纳米粉体液与全部B液混合均匀,得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.3mm。
采用如实施例1中所述的方式制作电致变色夹胶玻璃。
性能测试:
采用电导率测试仪测试本实施例制备的离子传输胶膜的电导率。以及测试电致变色夹胶玻璃通电下变色所需时间,使用透光率测试仪分别测试电致变色夹胶玻璃在通电和断电情况下的透光率。
本实施例制备的离子传输胶膜的电导率为0.37ms/cm,电致变色夹胶玻璃通电变色所需时间是93S,通电稳定时透光率为12%,断电后透光率为43%。
对比例7
本实施例提供一种全固态PVB基离子传输材料,以及该种离子传输材料的制备方法。
全固态PVB基离子传输材料的制备方法:
(1)称取5g分散剂EFKA4310与470g无水乙醇搅拌均匀,在混合液中加入25g纳米银球(直径5-25nm),搅拌均匀后用1KW超声波细胞粉碎仪分散45min,得到纳米粉体液。
在烧杯中称取1200g三甘醇二异辛酸酯,向其中加入250g LiClO4,加热于80℃下搅拌直至全部溶解,得到B液。
(2)取40g纳米粉体液与全部B液混合均匀得到导电浆料。
(3)准确称取4000g PVB树脂粉并置于混料机中,然后将导电浆料加入到装有PVB树脂粉的混料机中并搅拌均匀,取出密封塑化24h以上,得到全固态PVB基离子传输材料,然后通过单螺杆挤出,得到离子传输胶膜,控制膜厚为0.5mm。
采用电导率测试仪测试本对比例制备的离子传输胶膜的电导率,电导率为0.01ms/cm。
对比例1使用棒销式砂磨机对NMP、PVP和单层石墨烯的混合物进行分散处理制备纳米粉体液,所制备形成的离子传输胶膜的电导率仅有0.02ms/cm,原因可能是采用棒销式砂磨机进行分散处理会损坏单层石墨烯的片层结构,从而导致导电浆料失效,不仅影响胶膜的导电性,还导致胶膜内有晶体析出。
对比例2中因对NMP、PVP和单层石墨烯的混合物进行超声分散的时间较长,所制备形成的离子传输胶膜的电导率为0.11ms/cm,原因可能是分散时间较长对单层石墨烯的片层结构也会造成一定程度的破坏,从而导致电导率降低。
对比例3-5中,因导电浆料中的路易斯碱的含量较多,所制备的胶膜的电导率显著降低,分别是0.05ms/cm、0.03ms/cm、0.05ms/cm。可能原因是路易斯碱的浓度增加会导致有效载流子数增加,离子电导率随着增大,但浓度增大到一定程度时,会阻碍LiClO4、LiAsF6离解为自由离子Li+、ClO4 -、AsF6 -而形成中性离子对,且Li+、ClO4 -、AsF6 -易与PVB侧链形成过多物理交联而制约了离子传输。
对比例6-7中,因添加了不适宜的纳米粉体,所制备的胶膜的电导率显著降低,分别是0.37ms/cm和0.01ms/cm,纳米粉体选用纳米银球时,所制备的胶膜几乎绝缘,而以多层石墨烯作为纳米粉体,所制备的离子传输胶膜的电导率显著降低至0.37ms/cm,应用于制作电致变色夹胶玻璃,电致变色夹胶玻璃通电后需93S后颜色才能稳定不便,变色速度较慢,且最小透光率仅能达到12%,断电后透光率为43%,通电后玻璃的遮挡效果差。
以上所述仅以实施例来进一步说明本申请的技术内容,以便于读者更容易理解,但不代表本申请的实施方式仅限于此,任何依本申请所做的技术延伸或再创造,均受本申请的保护。
Claims (5)
1.一种全固态 PVB 基离子传输材料,其特征在于,由导电浆料和 PVB 树脂按任意比例混合均匀制成;所述导电浆料由纳米粉体液和B液组成,所述纳米粉体液由溶剂和分散在溶剂中的纳米粉体以及分散剂组成,所述B液由增塑剂和含碱金属的路易斯碱组成,纳米粉体液的质量为B液质量的2.7-3.2%;
所述 B 液中路易斯碱的质量百分比为 17-20%;
所述纳米粉体液中分散剂的质量为纳米粉体质量的 20-120%;
所述纳米粉体选自单层石墨烯、单壁碳纳米管、纳米银线中的至少一种;
所述单层石墨烯的片径为 0.5-5μm,单层率≥80%;所述单壁碳纳米管的纯度≥95%,直径为 1-2nm,长度为 5-30μm;所述纳米银线的平均直径≤20nm,长度≥30μm;
所述增塑剂的质量为PVB 树脂质量的20-45%;
所述分散剂为 PVP、Dispersago-9311 或EFKA4310;
所述溶剂为DMF 或NMP 或无水乙醇;
所述的全固态 PVB 基离子传输材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、先将分散剂与溶剂混合均匀,然后向混合物中加入纳米粉体使纳米粉体分散于溶剂中,得到纳米粉体液;将路易斯碱溶于增塑剂中,得到 B 液;
S2、纳米粉体液与 B 液混合均匀,得到导电浆料;
S3、导电浆料与 PVB 树脂混合并搅拌均匀,塑化后得到全固态 PVB 基离子传输材料;
步骤 S1 中,分散剂、溶剂和纳米粉体的混合物用超声波细胞粉碎仪超声分散 5-60min。
2.根据权利要求 1 所述的全固态 PVB 基离子传输材料,其特征在于, 所述路易斯碱选自 LiI、LiAsF6、LiPF6、LiClO4、LiN(SO3CF3)2、LiBF4、LiCF3SO3 中的至少一种。
3.根据权利要求 1 所述的全固态 PVB 基离子传输材料,其特征在于, 所述增塑剂选自聚乙二醇 300、乙二醇、无水乙烯碳酸酯、无水丙烯碳酸酯、三甘醇二异辛酸酯中的至少一种。
4.一种如权利要求 1 所述的全固态 PVB 基离子传输材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、先将分散剂与溶剂混合均匀,然后向混合物中加入纳米粉体使纳米粉体分散于溶剂中,得到纳米粉体液;将路易斯碱溶于增塑剂中,得到 B 液;
S2、纳米粉体液与 B 液混合均匀,得到导电浆料;
S3、导电浆料与 PVB 树脂混合并搅拌均匀,塑化后得到全固态 PVB 基离子传输材料。
5.一种电致变色夹胶玻璃,其特征在于,由依次层叠的上夹层玻璃、离子传输胶膜、下夹层玻璃构成;所述离子传输胶膜由权利要求 1-3 任一项所述的全固态 PVB 基离子传输材料形成;所述上夹层玻璃由钢化玻璃及依次镀在钢化玻璃上的 ITO 镀层、氧化钼镀层组成;下夹层玻璃由钢化玻璃及依次镀在钢化玻璃上的 ITO 镀层、三氧化钨镀层组成。
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