CN113867011B - 一种柔性热电变色膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型柔性热电变色膜，其中，包括第一基底，以及设置于所述第一基底上的变色层；所述变色层包括第一热电电极、第二热电电极、导电块和热敏块，所述第一热电电极和所述第二热电电极并列设于所述第一基底上；所述导电块设于所述第一基底上，位于所述第一热电电极和所述第二热电电极之间，用于导通所述第一热电电极和所述第二热电电极；所述热敏块设于所述第一基底上，所述热敏块一侧与所述第一热电电极接触，另一侧与所述第二热电电极接触。本申请公开的新型柔性热电变色膜使用时，通过外部光源的照射，第一热电电极和第二热电电极将光照的热量转化为电能，同时热敏块变色进一步利用热能实现变色，从而提高了环境中能量的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及变色材料技术领域，特别是涉及一种新型柔性热电变色膜。
背景技术
目前，随着世界范围内科技水平的不断提高，工业技术的不断发展，各种可以满足人们更多生活需求的新型材料层出不穷。变色材料作为一种新型材料，可以在不同环境下表现出不同的颜色，在电子产品和建筑行业上的使用广泛。变色膜使用时可以选择性地吸收或反射外界的热辐射，所以可以起到改善自然光照程度、改变热量消耗的作用。
但是，目前的变色膜只能吸收或反射部分能量，所以膜表面仍有多出的光能无法利用，所以在使用过程中，仍然会有能量损失，存在环境中能量利用率低的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型柔性热电变色膜，旨在解决目前的变色膜使用过程中只能吸收或反射部分能量，存在环境中能量利用率低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种新型柔性热电变色膜，其中，包括第一基底，以及设置于所述第一基底上的变色层；所述变色层包括第一热电电极、第二热电电极、导电块和热敏块，所述第一热电电极和所述第二热电电极并列设于所述第一基底上；所述导电块设于所述第一基底上，位于所述第一热电电极和所述第二热电电极之间，用于导通所述第一热电电极和所述第二热电电极；所述热敏块设于所述第一基底上，所述热敏块一侧与所述第一热电电极接触，另一侧与所述第二热电电极接触。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述第一热电电极设有多个，所述第二热电电极设有多个，所述第一热电电极与所述第二热电电极交替排列在所述第一基底上。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述导电块设有多个，相邻的两个所述导电块分别与所述第一热电电极上相互背离的两端连接；并且，相邻的两个所述导电块也分别与所述第二热电电极上相互背离的两端连接。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述变色层通过丝网印刷工艺涂覆在所述第一基底上。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述第一热电电极、所述第二热电电极、所述导电块和所述热敏块的厚度相等；和/或，所述变色层的厚度为0.05-10毫米。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述新型柔性热电变色膜还包括依次堆叠设置于所述变色层上的第二基底、粘贴层和隔离层。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述第一基底包括纺织品、纸、涂层、塑料、聚合物、陶瓷、金属、玻璃中的一种或多种；和/或，所述第二基底包括纺织品、纸、涂层、塑料、聚合物、陶瓷、金属、玻璃中的一种或多种。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述粘贴层包括弹性体型压敏胶层、树脂型压敏胶层、丙烯酸类压敏胶层中的一种或多种。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述粘贴层包括基材和两层压敏胶涂层，两层所述压敏胶涂层分别设于所述基材的两侧；所述基材包括棉纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚氯乙烯膜、聚酰亚胺膜、无纺布、泡棉中的一种或多种；和/或，所述压敏胶涂层包括弹性体型压敏胶涂层、树脂型压敏胶涂层、丙烯酸类压敏胶涂层中的一种或多种。
所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述隔离层包括离型纸。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
本申请公开的新型柔性热电变色膜在使用时，热敏块可以吸收部分光能，并随之变色，从而使膜层的外观颜色改变，因此改变光线的穿透率，调控穿过膜层的光量，起到改善光照程度的作用，同时满足人们对于不同视觉效果的要求；特别的，本申请还公开了在热敏块的两侧设置第一热电电极和第二热电电极，以吸收更多的光能，并将光能转化成电能，从而减少新型柔性热电变色膜上的能量损失，使得新型柔性热电变色膜对于环境中能量的利用率升高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中新型柔性热电变色膜的结构爆炸图；
图2为本发明中新型柔性热电变色膜的变色层的结构示意图。
其中，10、第一基底；20、变色层；21、第一热电电极；22、第二热电电极；23、导电块；24、热敏块；30、第二基底；40、粘贴层；50、隔离层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例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。
随着社会的发展，人们对自然科学的研究越来越深入，因此激发了人们对自然资源利用的高要求；不同于以前的有多少用多少，现在人们对于能源的使用更倾向于灵活调控，做到想用多少用多少。比如人们希望夏天在屋子里少吸收太阳能，降低室温；冬天在屋子里希望多吸收太阳能，提高室温；要这样灵活地采集和使用能源，自然需要可以调控的结构。在太阳能的使用上，人们研究出了变色膜对太阳能进行吸收和转化。变色膜可以因外在因素影响而改变颜色，比如从透明变成不透明，这样就可以在需要的时候让阳光穿过变色膜直射，在另外一种情况下又可以阻挡阳光的直射。
变色膜层的使用都是涂覆在衬底上的，实际生产制造过程中，衬底的形状可能不规则，所以对于变色膜的柔性也提出了要求。随着柔性电子产品的发展和对可持续和多功能能源的需求不断增加，柔性热电材料已成为迅速增长的兴趣的子主题，人们热衷于将废弃的热能转化为有价值的电能。相比与传统的脆性和刚性热电材料相比，柔性热电材料显示出了一些有吸引力的优势。要想在热源之间获得紧密的接触，灵活性是必不可少的，在曲面或人体等任意几何形体上设置曲面管道或柔性电子设备，可以最大限度地增加接触面积，减少热损失和实现高效的能量转换。
变色膜的种类多样，目前市场上主流的包括光致变色膜，对特定光产生反应而变色的现象被称为光致变色，而引起这种光致变色的材料被称为光致变色材料(Photochromic，光可逆变色化合物或光致变色化合物)。光致变色化合物大致分为颜料形式和染料形式或无机物形式和有机物形式。当光致变色化合物暴露于太阳光或紫外线下时，从无色变为特定颜色，而当置于黑暗中或没有强紫外线照射的情况下，恢复到原来颜色。比如在运用到建筑的外墙上时具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼或者民用住宅的室内室外热量传递，在夏季保持凉爽，并且在冬季保持温暖，改善自然光照程度，减少人们在建筑里工作或者生活时为了保持舒适的环境而消耗的能源；同时由于颜色的改变，使得室内环境的光线可以被阻挡，让室外的人看不见室内的情况，起到防窥的目的。
但是，现在的变色膜上只有光致变色层，只能部分吸收表面的光能，变色膜上仍有能量损失，所以存在环境中能量利用率低的缺陷。
参阅图1和图2，本发明申请的一实施例中，公开了一种新型柔性热电变色膜，其中，包括第一基底10，以及设置于所述第一基底10上的变色层 20；所述变色层20包括第一热电电极21、第二热电电极22、导电块23和热敏块24，所述第一热电电极21和所述第二热电电极22并列设于所述第一基底10上；所述导电块23设于所述第一基底10上，位于所述第一热电电极21和所述第二热电电极22之间，用于导通所述第一热电电极21和所述第二热电电极22；所述热敏块24设于所述第一基底10上，所述热敏块 24一侧与所述第一热电电极21接触，另一侧与所述第二热电电极22接触。
本申请公开的新型柔性热电变色膜在使用时，热敏块24可以吸收部分光能，并随之变色，从而使膜层的外观颜色改变，因此改变光线的穿透率，调控穿过膜层的光量，起到改善光照程度的作用，同时满足人们对于不同视觉效果的要求；特别的，本申请还公开了在热敏块24的两侧设置第一热电电极21和第二热电电极22，以吸收更多的光能，并将光能转化成电能，从而减少新型柔性热电变色膜上的能量损失，使得新型柔性热电变色膜对于环境中能量的利用率升高。举例来说，本申请的新型柔性热电变色膜可以涂覆在玻璃外墙上，春秋之际，室外阳光不是很强烈时膜层内的热敏块 24接收不到足够的光照，不会变色，保持玻璃外墙透明，使室内的视野通透；夏天时，强烈的阳光照射到玻璃外墙上，热敏块24受热变色，使玻璃外墙呈现深色，阳光穿透玻璃外墙进入室内的光量减小，室内可以保持凉爽，而且阳光强烈时热敏块24变色只能吸收部分光照能量，第一热电电极21和第二热电电极22则可以进一步利用阳光的能量，将热量转化成电能并转移到电气设备上，进一步加以利用，减少能源浪费；冬天时，室外温度低，但是室内温度高，热敏块24可以吸收室内的热量，从而避免室内的温度过快地散失，保持室内的温暖。本申请的新型柔性热电变色膜还可以涂覆在电子产品的显示屏上，通过热敏块24变色可以加深显示屏的颜色，降低显示屏的辐射，提高使用安全性，第一热电电极21和第二热电电极22 则可以将光能转化成电能供给电子产品。
具体的，作为本实施例的一种实现方式，公开了所述热敏块24为热致变色材料通过涂覆工艺制成。热致变色材料是指一些化合物或混合物在受热或冷却时可见吸收光谱发生变化的功能材料，大致可以分为热致变色无机材料，如碘化物、配合物、有机金属化合物等，变色温度大多在100℃以上；热致变色有机材料，如螺吡喃、荧光类衍生物、聚噻吩、液晶类材料等，变色温度较宽(-100～100℃)，颜色变化丰富；它们都具有颜色随温度改变而变化的特性，发生颜色变化的温度称为变色温度。这种材料是一种热记忆功能材料，广泛应用于工业、纺织、军事、印刷、医疗保健、诊断、建筑、防伪标记、日用装饰、航空航天等各个领域。应用在本申请中，热致变色材料制成的热敏块24可以吸收阳光中携带的能量，从而升温变色，发挥变色作用。
具体的，作为本实施例的一种实现方式，公开了第一热电电极21为热电N型材料制成的电极，第二热电电极22为热电P型材料制成的电极。热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，在第一热电电极21和第二热电电极22中分别掺入施主杂质和受主杂质，使第一热电电极21和第二热电电极22受到光照后升温，并产生可以导通的电流，从而提高新型柔性热电变色膜对阳光的利用率。
具体的，作为本实施例的一种实现方式，公开了所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述第一热电电极21设有多个，所述第二热电电极22设有多个，所述第一热电电极21与所述第二热电电极22交替排列在所述第一基底10上。在实际应用中，第一热电电极21和第二热电电极22的体积都比较小，而衬底的表面积往往比较大，所以新型柔性热电变色膜膜层的宽度或者长度比较大，如果只设置一个第一热电电极21和一个第二热电电极22，那么要跨越新型柔性热电变色膜的两端，两者距离太大，不方便构建通路，增加了将光能转换成电能的难度；设置多个第一热电电极21和多个第二热电电极22交替排列，首先，从数量上增加了可以将光能转换成电能的结构，可以获得更多的电能，提高阳光的利用率；其次，相邻的第一热电电极21和第二热电电极22之间的间距小，第一热电电极21和第二热电电极22交替设置，便于设置导电块23构建出多条通路，降低膜层制成难度；再其次，多个第一热电电极21和多个第二热电电极22并列在第一基底10上，如果衬底形状不规则，本申请的新型柔性热电变色膜也可以在保持热电电路正常工作的同时完全贴合衬底，增加膜层的柔性。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述导电块23设有多个，相邻的两个所述导电块23分别与所述第一热电电极21上相互背离的两端连接；并且，相邻的两个所述导电块23也分别与所述第二热电电极 22上相互背离的两端连接。第一，在实际使用过程中，第一热电电极21和第二热电电极22之间还设置热敏块24，热敏块24被光照变色后，导电块 23不会变色，会与热敏块24产生色差，通过将一个第一热电电极21或者第二热电电极22两侧连接的两个导电块23分开设置在两端，使多个导电块23错开，这样与热敏块24产生色差的部分分散在膜层上，从视觉上来看更不容易发现，提高新型柔性热电变色膜的整体美观程度；第二，将连接一个第一热电电极21或第二热电电极22的两个导电块23错开设置也是为了防止第一热电电极21或第二热电电极22上只有一端导通和产生电能，避免热量、电能集中，防止第一热电电极21或第二热电电极22过载损坏。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述变色层20通过丝网印刷工艺涂覆在所述第一基底10上。本申请中的变色层20包括多个第一热电电极21、多个第二热电电极22、多个导电块23和多个热敏块24，且这几个部分形成规律的周期分布，丝网印刷是指用丝网作为版基，并通过感光制版方法，制成带有图文的丝网印版，通过丝网印刷可以更方便地制备出变色层20各个部分需要的形状。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述第一热电电极 21、所述第二热电电极22、所述导电块23和所述热敏块24的厚度相等；和/或，所述变色层20的厚度为0.05-10毫米。因为本申请的新型柔性热电变色膜多用在透明的衬底上，在适当环境下才需要变色，所以在不变色时需要保持良好的通透性，首先，保持第一热电电极21、第二热电电极22、导电块23和热敏块24的厚度相等，使得整个变色层20表面平整，减少交错的界面，以此避免光照过程中的折射或反射，保持较高的透光性；其次，如果本申请的新型柔性热电变色膜上还需要涂覆其他结构，变色层20越平整越容易贴合其他结构；最后，制造厚度相同的第一热电电极21、第二热电电极22、导电块23和热敏块24可以减少调整加工设备的参数，简化制备流程，方便操作。考虑到成本和加工技术，变色层20的厚度在0.05-10 毫米范围内较好，如果变色层20太薄，膜层容易出现穿孔，可能影响正常功能的发挥，同时增大技术难度；如果变色层20太厚，需要的材料较多，成本高，而且太厚了对于膜层的柔性有影响。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述新型柔性热电变色膜还包括依次堆叠设置于所述变色层20上的第二基底30、粘贴层40 和隔离层50。在变色层20上设置第二基底30，将变色层20封闭起来，这样避免变色层20氧化，延长新型柔性热电变色膜的有效使用寿命，而粘贴层40将隔离层50连接在第二基底30上，通过隔离层50保护第二基底30，防止第二基底30受到碰撞、磨损，进一步提高新型柔性热电变色膜使用的安全性。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述的新型柔性热电变色膜，其中，所述第一基底10包括纺织品、纸、涂层、塑料、聚合物、陶瓷、金属、玻璃中的一种或多种；和/或，所述第二基底30包括纺织品、纸、涂层、塑料、聚合物、陶瓷、金属、玻璃中的一种或多种。第一基底 10与第二基底30可以使用同种材料制成，节省原材料种类，降低成本，方便加工。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述粘贴层40包括弹性体型压敏胶层、树脂型压敏胶层、丙烯酸类压敏胶层中的一种或多种。压敏胶具有优良的耐老化性、耐候性、压敏性和粘合性，选择压敏胶作为粘贴层40，可以实现快速粘接，而且粘接方式简单，只需要按压隔离层50 就可以完成，操作方式简单。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述粘贴层40包括基材和两层压敏胶涂层，两层所述压敏胶涂层分别设于所述基材的两侧；所述基材包括棉纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚氯乙烯膜、聚酰亚胺膜、无纺布、泡棉中的一种或多种；和/或，所述压敏胶涂层包括弹性体型压敏胶涂层、树脂型压敏胶涂层、丙烯酸类压敏胶涂层中的一种或多种。选用有基材的粘贴层40提高粘贴层40的结构强度，防止在按压过程中粘贴层 40滑移或者过度变形。
具体的，作为本实施例的另一种实现方式，公开了所述隔离层50包括离型纸。离型纸是一种防止预浸料粘连，又可以保护预浸料不受污染的防粘纸，防粘纸可以保持新型柔性热电变色膜表面的清洁度，减少灰尘附着，防止灰尘阻挡光线的照射。
综上所述，本申请公开了一种新型柔性热电变色膜，其中，包括第一基底10，以及设置于所述第一基底10上的变色层20；所述变色层20包括第一热电电极21、第二热电电极22、导电块23和热敏块24，所述第一热电电极21和所述第二热电电极22并列设于所述第一基底10上；所述导电块23设于所述第一基底10上，位于所述第一热电电极21和所述第二热电电极22之间，用于导通所述第一热电电极21和所述第二热电电极22；所述热敏块24设于所述第一基底10上，所述热敏块24一侧与所述第一热电电极21接触，另一侧与所述第二热电电极22接触。本申请公开的新型柔性热电变色膜在使用时，热敏块24可以吸收部分光能，并随之变色，从而使膜层的外观颜色改变，因此改变光线的穿透率，调控穿过膜层的光量，起到改善光照程度的作用，同时满足人们对于不同视觉效果的要求；特别的，本申请还公开了在热敏块24的两侧设置第一热电电极21和第二热电电极22，以吸收更多的光能，并将光能转化成电能，从而减少新型柔性热电变色膜上的能量损失，使得新型柔性热电变色膜对于环境中能量的利用率升高。举例来说，本申请的新型柔性热电变色膜可以涂覆在玻璃外墙上，春秋之际，室外阳光不是很强烈时膜层内的热敏块24接收不到足够的光照，不会变色，保持玻璃外墙透明，使室内的视野通透；夏天时，强烈的阳光照射到玻璃外墙上，热敏块24受热变色，使玻璃外墙呈现深色，阳光穿透玻璃外墙进入室内的光量减小，室内可以保持凉爽，而且阳光强烈时热敏块24变色只能吸收部分光照能量，第一热电电极21和第二热电电极22则可以进一步利用阳光的能量，将热量转化成电能并转移到电气设备上，进一步加以利用，减少能源浪费；冬天时，室外温度低，但是室内温度高，热敏块24可以吸收室内的热量，从而避免室内的温度过快地散失，保持室内的温暖。本申请的新型柔性热电变色膜还可以涂覆在电子产品的显示屏上，通过热敏块24变色可以加深显示屏的颜色，降低显示屏的辐射，提高使用安全性，第一热电电极21和第二热电电极22则可以将光能转化成电能供给电子产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
需要说明的是，本发明以变色玻璃为例对本发明的具体结构及工作原理进行介绍，但本发明的应用并不以变色玻璃为限，也可以应用到其它类似工件的使用上。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种柔性热电变色膜，其特征在于，包括第一基底，以及设置于所述第一基底上的变色层；所述变色层包括：
第一热电电极和第二热电电极，并列设于所述第一基底上；
导电块，设于所述第一基底上，位于所述第一热电电极和所述第二热电电极之间，用于导通所述第一热电电极和所述第二热电电极；以及
热敏块，设于所述第一基底上，所述热敏块一侧与所述第一热电电极接触，另一侧与所述第二热电电极接触；
所述第一热电电极设有多个，所述第二热电电极设有多个，所述第一热电电极与所述第二热电电极交替排列在所述第一基底上；
所述导电块设有多个，相邻的两个所述导电块分别与所述第一热电电极上相互背离的两端连接；并且，相邻的两个所述导电块也分别与所述第二热电电极上相互背离的两端连接；多个所述导电块错开设置在所述第一基底上。
2.根据权利要求1所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述变色层通过丝网印刷工艺涂覆在所述第一基底上。
3.根据权利要求1所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述第一热电电极、所述第二热电电极、所述导电块和所述热敏块的厚度相等；和/或，所述变色层的厚度为0.05-10毫米。
4.根据权利要求1所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述柔性热电变色膜还包括依次堆叠设置于所述变色层上的第二基底、粘贴层和隔离层。
5.根据权利要求4所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述第一基底包括纺织品、纸、涂层、塑料、陶瓷、金属、玻璃中的一种或多种；和/或，所述第二基底包括纺织品、纸、涂层、塑料、陶瓷、金属、玻璃中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述粘贴层包括弹性体型压敏胶层、树脂型压敏胶层、丙烯酸类压敏胶层中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述粘贴层包括基材和两层压敏胶涂层，两层所述压敏胶涂层分别设于所述基材的两侧；所述基材包括棉纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚氯乙烯膜、聚酰亚胺膜、无纺布、泡棉中的一种或多种；和/或，所述压敏胶涂层包括弹性体型压敏胶涂层、树脂型压敏胶涂层、丙烯酸类压敏胶涂层中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的柔性热电变色膜，其特征在于，所述隔离层包括离型纸。
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