CN115356882B - 一种光阀器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光阀器件及其制备方法，属于光阀技术领域，该光阀器件包括：第一透明基层，以及与第一透明基层相对设置的第二透明基层，其中，所述第一透明基层与第二透明基层之间设置有铜基纳米粒子，所述铜基纳米粒子为铜基无机复合化合物，所述铜基纳米粒子的合成方法采用湿化学法制备所得，所述铜基纳米粒子的形状包括纳米棒、纳米片中的一种或多种，所述纳米棒的直径为3‑100nm，和/或长径比为3‑50之间，所述纳米片的厚度不超过20nm，和/或直径为20‑1000nm。本发明，通过使用铜基纳米粒子作为悬浮纳米粒子制备光阀的方案，开拓了铜基纳米材料的新用途并扩展了SPD光阀的可选范围，此外，使用铜基纳米粒子制备的SPD光阀调节光通量效果良好。

Description

一种光阀器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光阀技术领域，具体是一种光阀器件及其制备方法。

背景技术

光阀是一种可以调节光通量的装置，根据其原理不同，通常可将调光光阀分为三种类型：液晶型（包括聚合物分散液晶PDLC，双稳态液晶Bistable LC，染料液晶Dye LC）、电致变色型（EC）以及悬浮粒子器件型(SPD)。上述三类光阀器件都是通过在两个透明导电电极之间夹入电活性成分来实现的。

在上述几种类型的调光光阀中，SPD光阀由两层透明导电电极以及夹在两层透明导电电极之间的调光层组成，通常，调光层中包含绝缘的液态有机低聚物，以及悬浮于低聚物中具有内部偶极矩的悬浮纳米粒子。当未接通外加电场时，这些悬浮纳米粒子做无规则的布朗运动，整体上处于低透光率状态，此时光阀处于暗态；当接入外加电场后，悬浮纳米粒子沿着电场方向定向排列，并随电场长度的增加逐渐旋转，直至达到与电场方向完全平行状态，使入射光能够部分或几乎全部透过光阀，从而达到调光的目的。

然而，当前应用于SPD光阀中的悬浮纳米粒子主要以碘系有机复合纳米棒为主，但是该类碘系有机复合纳米粒子的合成技术受到国外公司的技术垄断，导致基于碘系纳米粒子的产品开发收到极大的限制。尽管国内也有一些企业加入该技术的开发行列，但仍无法脱离碘系材料的限制。对本领域技术人员来说，研发出一种新型悬浮粒子并应用得到调节光通量效果良好的SPD光阀器件是至关重要的。因此，本领域技术人员提供了一种光阀器件及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光阀器件及其制备方法，通过使用铜基纳米粒子作为悬浮纳米粒子制备光阀的方案，开拓了铜基纳米材料的新用途并扩展了SPD光阀的可选范围，此外，使用铜基纳米粒子制备的SPD光阀调节光通量效果良好，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光阀器件，包括：

第一透明基层，以及与第一透明基层相对设置的第二透明基层，

其中，所述第一透明基层与第二透明基层之间设置有铜基纳米粒子。

作为本发明进一步的方案：所述铜基纳米粒子为铜基无机复合化合物。

作为本发明再进一步的方案：所述铜基无机复合化合物包括氧化铜、硫化铜、硒化铜、碲化铜、硫化铜铟、硒化铜铟、碲化铜铟、硫化亚铜、硫化铜锑、硫化铜锌、硫化铜锌锡、硫化铜锡、硒化铜锑、硒化铜锌、硒化铜锡、硒化铜锌锡、碲化铜锑、碲化铜锌、碲化铜锡、碲化铜锌锡中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述铜基纳米粒子的合成方法采用湿化学法制备所得。

作为本发明再进一步的方案：所述铜基纳米粒子的形状包括纳米棒、纳米片中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述纳米棒的直径为3-100nm，和/或长径比为3-50之间。

作为本发明再进一步的方案：所述纳米片的厚度不超过20nm，和/或直径为20-1000nm。

作为本发明再进一步的方案：所述第一透明基层与第二透明基层之间还设有聚合物基质以及分散在所述聚合物基质中的微液滴，所述铜基纳米粒子位于所述微液滴中。

作为本发明再进一步的方案：所述微液滴表面包裹聚合物基质形成的骨架，且所述微液滴尺寸为1-50μm。

作为本发明再进一步的方案：所述微液滴中还设有悬浮分散溶剂，所述铜基纳米粒子占悬浮分散溶剂的质量比为0.1-10%。

作为本发明再进一步的方案：所述悬浮分散溶剂包括磷酸苯酯类、芳烃类、羟基封端硅油、酰胺类、吡咯烷酮类、吡啶类、咪唑类中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述微液滴中还设有分散稳定剂，且分散稳定剂占悬浮分散溶剂的质量比为0.1-20%。

作为本发明再进一步的方案：所述分散稳定剂包括磷酸酯类、钛酸酯类、改性聚氨酯类、醇胺改性聚酯类、硝化纤维、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪酸聚氧乙烯醚类、阿拉伯胶、甜菜碱类、聚醚改性有机硅类中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述聚合物基质以及分散在所述聚合物基质中的微液滴用于形成调光功能层，且调光功能层的厚度为10-100μm。

作为本发明再进一步的方案：所述聚合物基质包括有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述第一透明基层与第二透明基层的相对面分别设有第一透明导电层与第二透明导电层。

本申请还公开了一种光阀器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备铜基纳米粒子，即采用湿化学方法制备铜基纳米粒子；

步骤二：制备调光功能层，即将铜基纳米粒子、分散稳定剂、悬浮分散溶剂混合形成微液滴，再将微液滴分散在聚合物基质中形成调光功能层；

步骤三：组装光阀器件，即将步骤一所制备的调光功能层放入第一透明基层的第一透明导电层与第二透明基层的第二透明导电层之间；

步骤四：将步骤二组装好的器件固化后得到所述光阀器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了通过使用铜基纳米粒子（包括纳米片、纳米棒），作为悬浮纳米粒子制备光阀的方案，开拓了铜基纳米材料的新用途并扩展了SPD光阀的可选范围。

2、本发明利用具有内部偶极矩的铜基纳米粒子在电场中翻转进行定向分布，从而实现对可见光透过率的控制。由于铜基纳米粒子为铜基无机复合化合物，物理化学性质相对稳定，所制得的SPD光阀性能稳定，环境适应性好。

3、本发明所使用的铜基纳米粒子，可采用常规湿化学方法制备，反应方式、反应原料和反应条件等限制较小，扩展了原料来源。同时光阀可采用常规方法进行制备，通过选择恰当的铜基纳米粒子，形貌、尺寸、质量分数以及悬浮介质粘度，得到了性能良好的光阀器件，该制备工艺简单，适于生产推广。

附图说明

图1为一种光阀器件的结构示意图。

图中：1、第一透明基层；2、第二透明基层；3、第一透明导电层；4、第二透明导电层；5、聚合物基质；6、微液滴；7、悬浮分散溶剂；8、铜基纳米粒子；9、调光功能层。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参阅图1，一种光阀器件，包括：

第一透明基层1，以及与第一透明基层1相对设置的第二透明基层2，

其中，第一透明基层1与第二透明基层2之间设置有铜基纳米粒子8。

本申请通过使用铜基纳米粒子8，作为悬浮纳米粒子制备光阀的方案，开拓了铜基纳米材料的新用途并扩展了SPD光阀的可选范围。

优选的，第一透明基层1与第二透明基层2的相对面分别设有第一透明导电层3与第二透明导电层4。更优选的，第一透明导电层3与第二透明导电层4包括ITO、FZO、IZO、GZO、AZO、纳米Ag线、导电石墨烯、纳米Cu线中的至少一种。再优选的，第一透明基层1与第二透明基层2包括透明玻璃、透明膜中的至少一种。

优选的，铜基纳米粒子8为铜基无机复合化合物。示例性的，铜基无机复合化合物可以包括氧化铜、硫化铜、硒化铜、碲化铜、硫化铜铟、硒化铜铟、碲化铜铟、硫化亚铜、硫化铜锑、硫化铜锌、硫化铜锌锡、硫化铜锡、硒化铜锑、硒化铜锌、硒化铜锡、硒化铜锌锡、碲化铜锑、碲化铜锌、碲化铜锡、碲化铜锌锡中的一种或多种。本申请利用具有内部偶极矩的铜基纳米粒子8在电场中翻转进行定向分布，从而实现对可见光透过率的控制，此外，由于铜基纳米粒子8为铜基无机复合化合物，物理化学性质相对稳定，所制得的SPD光阀性能稳定，环境适应性好。

优选的，铜基纳米粒子8的合成方法采用湿化学法制备所得。本申请所使用的铜基纳米粒子8，可采用常规湿化学方法制备，例如：化学液相沉积、电化学沉积（电镀）、溶胶凝胶等。采用常规湿化学方法，其反应方式、反应原料和反应条件等限制较小，扩展了原料来源。同时光阀可采用常规方法进行制备，通过选择恰当的铜基纳米粒子8，形貌、尺寸、质量分数以及悬浮介质粘度，得到了性能良好的光阀器件，该制备工艺简单，适于生产推广。

优选的，铜基纳米粒子8的形状包括纳米棒、纳米片中的一种或多种。更优选的，纳米棒的直径为3-100nm，和/或长径比为3-50之间。更优选的，纳米片的厚度不超过20nm，和/或直径为20-1000nm。

优选的，第一透明基层1与第二透明基层2之间还设有聚合物基质5以及分散在聚合物基质5中的微液滴6，铜基纳米粒子8位于微液滴6中。更优选的，微液滴6表面包裹聚合物基质5形成的骨架，且微液滴6尺寸为1-50μm。更优选的，微液滴6中还设有悬浮分散溶剂7，铜基纳米粒子8占悬浮分散溶剂7的质量比为0.1-10%。再优选的，悬浮分散溶剂7包括磷酸苯酯类、芳烃类、羟基封端硅油、酰胺类、吡咯烷酮类、吡啶类、咪唑类中的一种或多种。

优选的，微液滴6中还设有分散稳定剂，且分散稳定剂占悬浮分散溶剂7的质量比为0.1-20%。更优选的，分散稳定剂包括磷酸酯类、钛酸酯类、改性聚氨酯类、醇胺改性聚酯类、硝化纤维、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪酸聚氧乙烯醚类、阿拉伯胶、甜菜碱类、聚醚改性有机硅类中的一种或多种。

优选的，聚合物基质5以及分散在聚合物基质5中的微液滴6用于形成调光功能层9，且调光功能层9的厚度为10-100μm。更优选的，聚合物基质5包括有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂中的一种或多种。

本发明的工作原理是：光阀在通电时，在调光功能层9两侧的第一透明导电层3与第二透明导电层4上施加电场，改变微液滴6内铜基纳米粒子8的旋转状态，来实现对光通量的调控，而随着通电电压的逐渐增加，悬浮分散溶剂7中铜基纳米粒子8先后进行定向偏转，可实现光通量由暗态→透明态或者由透明态→暗态的连续变化过程。

本发明还公开了一种光阀器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备铜基纳米粒子8，即采用湿化学方法制备铜基纳米粒子8；

步骤二：制备调光功能层9，即将铜基纳米粒子8、分散稳定剂、悬浮分散溶剂7混合形成微液滴6，再将微液滴6分散在聚合物基质5中形成调光功能层9；

步骤三：组装光阀器件，即将步骤一所制备的调光功能层9放入第一透明基层1的第一透明导电层3与第二透明基层2的第二透明导电层4之间；

步骤四：将步骤二组装好的器件固化后得到光阀器件。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种光阀器件及其制备方法进行详细描述。

实施例1：关态为暗态，开态为透明态的光阀的制备

在本实施例中，光阀的第一透明基层1与第二透明基层2均选用PET透明膜，光阀的第一透明导电层3与第二透明导电层4均选用ITO，即表面镀ITO的PET透明导电透明膜；聚合物基质5选择环氧改性的UV固化丙烯酸酯类树脂；微液滴6中悬浮分散溶剂7为磷酸三甲苯酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、苯基环己烷的混合溶剂；分散稳定剂为聚氨酯改性丙烯酸；铜基纳米粒子8为直径5nm、长度为50nm的硫化铜铟纳米棒，硫化铜铟纳米棒占混合溶剂的质量比为0.5%；

硫化铜铟纳米棒的合成方法为：

S101：将1g醋酸铟、2g无水氯化铜加入到50ml十八烯及25g油胺的混合溶液中，并置于150°C油浴中，搅拌至完全配位溶解；

S102：将2g硫代乙酰胺、0.5g十二硫醇用10g油胺超声溶解；并将该溶液迅速注入到S101中的混合溶液中；

S103：将S102中所得混合溶液迅速升温至230°C，并保持2小时；

S104：停止加热，并离心处理得硫化铜铟纳米棒；

本实施例中的光阀在未通电时为暗黑色状态，透过率为5%；随着通电电压升高变为暗态逐步变透，最终变为透明态，最高透过率为50%。

实施例2：关态为透明态，开态为暗态的光阀的制备

在本实施例中，光阀的第一透明基层1与第二透明基层2均选用PET透明膜，光阀的第一透明导电层3与第二透明导电层4均选用纳米Ag线，即表面涂有纳米Ag线的PET透明导电透明膜；聚合物基质5选择有机硅改性的UV固化丙烯酸酯类树脂；微液滴6中悬浮分散溶剂7为苯基环己烷、N-辛基己内酰胺、N-乙基吡咯烷酮的混合溶剂；分散助剂为醇胺改性聚酯；铜基纳米粒子8为硫化铜纳米片，厚度为3nm、直径为100nm；硫化铜纳米片占混合溶剂的质量比为1%；

硫化铜纳米片的合成方法为：

S201：将1.8g氯化亚铜加入到30g甲苯及25g油胺的混合溶液中，并置于120°C油浴中，搅拌至完全配位溶解；

S202：将2g硫粉用40g油胺超声溶解；并将该溶液迅速注入到S201中的混合溶液中；

S203：将S202中所得混合溶液在120°C下保持3小时；

S204：停止加热，并离心处理得硫化铜纳米片；

本实施例中的光阀在未通电时为透明状态，透过率为35%；随着通电电压升高透明态逐步变为暗态，最终变为最暗态，最低透过率为3%。

本发明所提供的光阀既可实现关态为暗态（可见光透过率为5％左右），开态为透明态（可见光透过率为50%左右）；又可实现关态为透明态（可见光透过率为40%左右），开态为暗态（可见光透过率为3%左右）；调节光通量效果良好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种光阀器件，其特征在于，包括：

第一透明基层，以及与第一透明基层相对设置的第二透明基层，

其中，所述第一透明基层与第二透明基层之间设置有铜基纳米粒子，且铜基纳米粒子为铜基无机复合化合物，所述第一透明基层与第二透明基层以及铜基纳米粒子形成SPD光阀，该SPD光阀的透过率最高为50%。

2.根据权利要求1所述的光阀器件，所述铜基无机复合化合物包括氧化铜、硫化铜、硒化铜、碲化铜、硫化铜铟、硒化铜铟、碲化铜铟、硫化亚铜、硫化铜锑、硫化铜锌、硫化铜锌锡、硫化铜锡、硒化铜锑、硒化铜锌、硒化铜锡、硒化铜锌锡、碲化铜锑、碲化铜锌、碲化铜锡、碲化铜锌锡中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的光阀器件，所述铜基纳米粒子的合成方法采用湿化学法制备所得。

4.根据权利要求1所述的光阀器件，其特征在于，所述铜基纳米粒子的形状包括纳米棒、纳米片中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的光阀器件，其特征在于，所述纳米棒的直径为3-100nm，和/或长径比为3-50之间。

6.根据权利要求4所述的光阀器件，其特征在于，所述纳米片的厚度不超过20nm，和/或直径为20-1000nm。

7.根据权利要求1所述的光阀器件，其特征在于，所述第一透明基层与第二透明基层之间还设有聚合物基质以及分散在所述聚合物基质中的微液滴，所述铜基纳米粒子位于所述微液滴中。

8.根据权利要求7所述的光阀器件，其特征在于，所述微液滴表面包裹聚合物基质形成的骨架，且所述微液滴尺寸为1-50μm。

9.根据权利要求7或8所述的光阀器件，其特征在于，所述微液滴中还设有悬浮分散溶剂，所述铜基纳米粒子占悬浮分散溶剂的质量比为0.1-10%。

10.根据权利要求9所述的光阀器件，其特征在于，所述悬浮分散溶剂包括磷酸苯酯类、芳烃类、羟基封端硅油、酰胺类、吡咯烷酮类、吡啶类、咪唑类中的一种或多种。

11.根据权利要求9所述的光阀器件，其特征在于，所述微液滴中还设有分散稳定剂，且分散稳定剂占悬浮分散溶剂的质量比为0.1-20%。

12.根据权利要求11所述的光阀器件，其特征在于，所述分散稳定剂包括磷酸酯类、钛酸酯类、改性聚氨酯类、醇胺改性聚酯类、硝化纤维、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪酸聚氧乙烯醚类、阿拉伯胶、甜菜碱类、聚醚改性有机硅类中的一种或多种。

13.根据权利要求7所述的光阀器件，其特征在于，所述聚合物基质以及分散在所述聚合物基质中的微液滴用于形成调光功能层，且调光功能层的厚度为10-100μm。

14.根据权利要求7所述的光阀器件，其特征在于，所述聚合物基质包括有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂中的一种或多种。

15.根据权利要求1所述的光阀器件，其特征在于，所述第一透明基层与第二透明基层的相对面分别设有第一透明导电层与第二透明导电层。

16.一种光阀器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：制备铜基纳米粒子，即采用湿化学方法制备铜基纳米粒子；

步骤二：制备调光功能层，即将铜基纳米粒子、分散稳定剂、悬浮分散溶剂混合形成微液滴，再将微液滴分散在聚合物基质中形成调光功能层；

步骤三：组装光阀器件，即将步骤一所制备的调光功能层放入第一透明基层的第一透明导电层与第二透明基层的第二透明导电层之间；

步骤四：将步骤二组装好的器件固化后得到所述光阀器件。

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