CN116360169A - 一种近黑色调光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近黑色调光器件及其制备方法，属于调光器件领域，调光阀包括：第一透明基层，以及与所述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无机纳米粒子与染色分子，所述染色分子包括聚合型大分子染料、蒽醌类染料、偶氮类染料中的一种或多种，所述无机纳米粒子的材质包括硫化铋、硫化铜铋、硒化铋、硒化铜铋、碲化铋、碲化铜铋、硫化铋锑、硒化铋锑、碲化铋锑中的一种或多种，所述无机纳米粒子的形状包括纳米棒。本发明，在无机纳米粒子悬浮器件中引入了光热稳定性优异的染料，能够将整个器件的色彩调节至更接近黑色的色调，而整个器件具备优异的光热稳定性与耐候性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种调光器件，具体是一种近黑色调光器件及其制备方法。
背景技术
目前智能调光技术主要为聚合物分散液晶（PDLC）技术，电致变色（EC）技术以及悬浮粒子（SPD）技术。上述三类技术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。在电致变色（EC）技术中，通过材料的氧化还原（得失电子）而产生颜色变化。在聚合物分散液晶（PDLC）技术中，产生光学变化的则是液晶分子，通过在两侧的透明导电极上施加电场来改变液晶分子的旋转状态来实现对光通量的调控；在悬浮粒子（SPD）技术中，产生光学响应的则是悬浮的纳米粒子，通过在两侧透明导电电极上施加电场，改变悬浮纳米粒子的旋转状态，来实现对光通量的调控。
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。另外，由于该类碘系粒子主要有碘单质、金属离子、吡嗪二羧酸等形成的有机金属配合物，受制于碘的色彩导致此类型纳米粒子只有单一的蓝色调，且其光热稳定性差、耐酸碱性弱、绝缘性差以及纳米粒子尺寸大，不但导致了SPD中悬浮粒子介质的制作困难，且实际使用过程中极易产生碘单质的升华导致材料分解发黄，极大约束了SPD的环境耐受性、并推高了驱动电压，同时雾度也比较大。
因此，发明人提出了一种新的调光技术，即PDSC (polymer dispersed shadingcrystal) 聚合物分散遮光晶体调光技术。PDSC是利用聚合物的分散特性与纳米粒子的悬浮特性在外部通电的环境中，纳米粒子在分散液中产生有规律的旋转，从而形成透光与不透光的变化，纳米粒子是金属化合物的半导体材料。使用无机的金属化合物半导体粒子，大大增强了材料的光热稳定性，并有效降低了雾度。
但是，一个新的需求被终端用户提出，即终端用户希望调光器件应当呈现黑色或近黑色的效果。为此，如何在现有PDSC技术的基础上研发出一种耐候性优异的新型悬浮粒子并应用得到性能更加稳定、色彩更接近黑色的PDSC光阀器件就显得至关重要。因此，本领域技术人员提供了一种近黑色调光器件及其制备方法，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近黑色调光器件及其制备方法，在无机纳米粒子悬浮器件中引入了光热稳定性优异的染料，能够将整个器件的色彩调节至更接近黑色的色调，而整个器件具备优异的光热稳定性与耐候性能，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：
一种近黑色调光器件，包括：第一透明基层，以及与所述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无机纳米粒子与染色分子。
作为本发明进一步的方案：所述染色分子包括聚合型大分子染料、蒽醌类染料、偶氮类染料中的一种或多种。
作为本发明再进一步的方案：所述无机纳米粒子的材质包括硫化铋、硫化铜铋、硒化铋、硒化铜铋、碲化铋、碲化铜铋、硫化铋锑、硒化铋锑、碲化铋锑中的一种或多种。
作为本发明再进一步的方案：所述无机纳米粒子的形状包括纳米棒。
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3-100之间。
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，其中，所述染色分子与无机纳米粒子均混合在所述聚合物基质中。
作为本发明再进一步的方案：所述染色分子占所述聚合物基质的质量比为0.1-10%。
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染色分子与无机纳米粒子用于形成近黑色调光功能层，且近黑色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、聚氨酯树脂、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。
作为本发明再进一步的方案：所述第一透明导电层与第二透明导电层包括ITO、FTO、FZO、IZO、GZO、AZO、纳米Ag线、导电石墨烯、纳米Cu线中的至少一种。
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包括透明玻璃、透明膜中的至少一种。
作为本发明再进一步的方案：所述透明膜包括PET、PC、PE、PP、PI、CPI、COP、TPU中的至少一种。
本申请还公开了一种近黑色调光器件的制备方法，包括以下步骤：
将染色分子加入到聚合物基质中并充分搅拌均匀；
将合成所得的无机纳米粒子加入到聚合物基质中进行搅拌混合至完全均匀，得到近黑色涂布液；
将近黑色涂布液涂布于第一透明导电层与第二透明导电层之间，并进行固化，即得到近黑色的调光阀器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在无机纳米粒子悬浮器件中引入了光热稳定性优异的染料，能够将整个器件的色彩调节至更接近黑色的色调。
2、本发明充分利用了无机纳米粒子及染色材料所具备的优异的光热稳定性，在不牺牲调光器件整体耐候性能的前提下，得到了更好的色彩效果。
3、本发明的染色材料来源丰富，无需特殊定制，成本低。
附图说明
图1为一种近黑色调光器件的整体结构示意图；
图2为本申请实施例一中无机纳米粒子的结构示意图；
图3为本申请实施例二中无机纳米粒子的结构示意图。
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、无机纳米粒子；7、染色分子；8、近黑色调光功能层。
实施方式
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、完整地描述，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。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
正如本申请的背景技术中提及的，发明人经研究发现，现有智能调光技术主要为聚合物分散液晶（PDLC）技术，电致变色（EC）技术以及悬浮粒子（SPD）技术，其中，现有SPD技术受制于碘的色彩导致此类型纳米粒子只有单一的蓝色调，且其光热稳定性差，无法变为终端用户更喜欢的黑色。
为了解决上述缺陷，本申请公开了一种近黑色调光器件及其制备方法，在无机纳米粒子悬浮器件中引入了光热稳定性优异的染料，能够将整个器件的色彩调节至更接近黑色的色调，此外，本发明充分利用了无机纳米粒子6及染色分子7所具备的优异的光热稳定性，在不牺牲调光器件整体耐候性能的前提下，得到了更好的色彩效果。
而调光技术可用于多种场景，包括但不限于油电车玻璃、建筑玻璃、装饰玻璃、飞机玻璃、轮船玻璃、展览玻璃等多种应用，不同的应用均基于调光技术起到不同的作用。
调光技术应用于油电车玻璃，起到遮阳避光效果，在不同外部光照情况下采用不同透光率的调节，替代汽车膜或者遮阳板的作用，有效阻止紫外线等光照进入车内，避免车内温度升高和紫外线照射，给车内人员提供良好的乘车环境。
调光技术应用于展览，起到保密的效果，在非展览期间采用避光方式，使肉眼不可见，对于展品的转运或者放置起到安全的作用，在展览期采用透光的方式，使肉眼可见，供公众观赏，方便快捷安全。
调光技术应用于建筑玻璃或者装饰领域，可以根据不同的工作场景设置不同的颜色，应用于建筑玻璃可以做隔断或者外墙使用，均可以控制私密性，并且可以减少窗帘的使用，提高空间使用率，同时在高强度光照下避免阳光直射，控制室内温度，有效的保证室内的舒适度。
以下将结合附图对本申请的方案如何解决上述技术问题详细介绍。
请参阅图1-3，本发明实施例中，一种近黑色调光器件，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之间设置有无机纳米粒子6与染色分子7。本发明充分利用了无机纳米粒子6及染色分子7所具备的优异的光热稳定性，得到性能更加稳定、色彩更接近黑色的SPD光阀器件。
可选的，染色分子7包括聚合型大分子染料、蒽醌类染料、偶氮类染料中的一种或多种。聚合型大分子染料、蒽醌类染料、偶氮类染料的光热稳定性优异，其中，聚合反应制备的大分子染料除了热稳定性好，还具有良好的光牢度和耐溶剂性。蒽醌类染料的色泽鲜艳，染色时不受水解性、还原作用的影响，所以耐光坚牢度好、化学稳定性好、使用方便。偶氮类染料在应用上具有合成工艺简单、成本低廉、染色性能突出等优点。
可选的，无机纳米粒子6的材质包括硫化铋、硫化铜铋、硒化铋、硒化铜铋、碲化铋、碲化铜铋、硫化铋锑、硒化铋锑、碲化铋锑中的一种或多种。采用这些材质制作的无机纳米粒子6在施加电场后能够迅速反应，其中，硫化铋具有环境友好、光电导和非线性光学响应等优点，硫化铜铋的光热稳定性优良，硒化铋是一种无机化合物，不溶于水，主要用作半导体材料和温差电材料，硒化铜铋的成本较低，而元素丰度高，碲化铋是个半导体材料，具有较好的导电性，但导热性较差，碲化铜铋在碲化铋的基础上增加了铜元素以提高耐用性，硫化铋锑不溶于水，溶于硝酸，硒化铋锑具有pnma（Per Net Mineral Acre）链状晶体结构和复杂能带结构,由于其弱键结合和孤对电子(bi和sb原子)导致的极低的热导率使其成为具有潜力的热电材料，碲化铋锑是半导体材料，具有较好的导电性，但导热性较差。
可选的，无机纳米粒子6的形状包括纳米棒。纳米棒在施加电场发生旋转时其截面发生变化更大，从而快速实现调光。
可选的，纳米棒的直径为3-100nm，和/或长径比为3-100之间。纳米棒的尺寸不宜过大，过大的话其旋转就会不顺畅，从而使得调光速度降低，故可以选取纳米棒的尺寸直径不超过100nm，和/或长径比在3-100。
可选的，所述第一透明基层1与第二透明基层2之间还设有聚合物基质5，其中，所述染色分子7与无机纳米粒子6均混合在所述聚合物基质5中。
可选的，染色分子7占聚合物基质5的质量比为0.1-10%。染色分子7在聚合物基质5中的占比不宜过大，过大的话其变色效果就会严重下降，故可以选取染色分子7占聚合物基质5的质量比为0.1-10%。
可选的，聚合物基质5以及分散在聚合物基质5中的染色分子7与无机纳米粒子6用于形成近黑色调光功能层8，且近黑色调光功能层8的厚度为10-100μm。近黑色调光功能层8的厚度太大，则不利于光阀减薄，近黑色调光功能层8厚度太小，则调光效果太弱，故可以选取近黑色调光功能层8的厚度为10-100μm，以兼顾调光性能和减薄性能。
可选的，聚合物基质5包括有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂中的一种或多种。有机硅树脂具有优良的耐高温性能和突出的介电性；环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好；丙烯酸酯树脂具有优良的耐热性、耐水性、耐溶剂性，耐磨耐划性；聚氨酯树脂有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能,具有更小的压缩变型性；聚酯树脂对水和各种化学物质具有足够的抵抗力。
可选的，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。第一透明导电层3与第二透明导电层4用来形成电场进行调光，第一透明导电层3与第二透明导电层4包括ITO（氧化铟锡）、FTO（TCO导电玻璃）、FZO（F掺杂的氧化锌）、IZO（铟锌氧化物）、GZO（氧化镓锌）、AZO（铝掺杂的氧化锌）、纳米Ag线、导电石墨烯、纳米Cu线中的至少一种。
可选的，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，透明膜包括PET、PC、PE、PP、PI、CPI、COP、TPU中的至少一种。
本申请还公开了一种近黑色调光器件的制备方法，包括以下步骤：
将染色分子7加入到聚合物基质5中并充分搅拌均匀；
将合成所得的无机纳米粒子6加入到聚合物基质5中进行搅拌混合至完全均匀，得到近黑色涂布液；
将近黑色涂布液涂布于第一透明导电层3与第二透明导电层4之间，并进行固化，即得到近黑色的调光器件。
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近黑色调光器件及其制备方法进行详细描述。
实施例
在本实施例中，调光器件的第一透明基层1与第二透明基层2为透明PET膜，第一透明导电层3与第二透明导电层4为ITO层；近黑色调光功能层8中聚合物基质5为聚氨酯改性UV固化型化丙烯酸酯类树脂；染色分子7为分散蓝367，大分子染料Orange-020（广东金团化学），占聚合物基质5的质量比为1%。
无机纳米粒子6为直径10nm、长度为250nm的硫化铋纳米棒（如图2所示），其中纳米棒占混合溶剂的质量比为1%；
近黑色调光器件的制备方法具体如下：
①将分散蓝367、大分子染料Orange-020按1:1比例混合后，加入到聚氨酯改性UV固化型化丙烯酸酯类树脂中并充分搅拌均匀；
②将合成所得的硫化铋纳米粒子加入到氨酯改性UV固化型化丙烯酸酯类树脂中进行搅拌混合至完全均匀，得到近黑色涂布液；
③将近黑色涂布液涂布于两层透明导电层之间，其厚度为25微米，并进行UV光固化，即得到近黑色的调光器件，通电前透过率为1%，通电后透过率为35%。
实施例
在本实施例中，调光器件的第一透明基层1与第二透明基层2为CPI膜，第一透明导电层3与第二透明导电层4为纳米银线层；近黑色调光功能层8中聚合物基质5为环氧改性热固化型丙烯酸酯类树脂；染色分子7为分散蓝148，占聚合物基质5的质量比为8%。
无机纳米粒子6为直径20nm、长度为500nm的硫化铋纳米棒（如图3所示），其中纳米棒占混合溶剂的质量比为1.5%；
近黑色调光器件的制备方法具体如下：
①将分散蓝148加入到聚氨酯改性UV固化型化丙烯酸酯类树脂中并充分搅拌均匀；
②将合成所得的硫化铋纳米粒子加入到聚氨酯改性UV固化型化丙烯酸酯类树脂中进行搅拌混合至完全均匀，得到近黑色涂布液；
③将近黑色涂布液涂布于两层透明导电层之间，其厚度为40微米，并进行热固化，即得到近黑色的调光器件，通电前透过率为0.5%，通电后透过率为20%。
本发明在无机纳米粒子悬浮器件中引入了光热稳定性优异的染料，能够将整个器件的色彩调节至更接近黑色的色调。此外，本申请充分利用了无机纳米粒子6及染色分子7所具备的优异的光热稳定性，在不牺牲调光器件整体耐候性能的前提下，得到了更好的色彩效果。而本发明的染色材料来源丰富，无需特殊定制，成本低。
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 (14)
1.一种近黑色调光器件，其特征在于，包括：
第一透明基层，以及与所述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无机纳米粒子与染色分子。
2.根据权利要求1所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述染色分子包括聚合型大分子染料、蒽醌类染料、偶氮类染料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述无机纳米粒子的材质包括硫化铋、硫化铜铋、硒化铋、硒化铜铋、碲化铋、碲化铜铋、硫化铋锑、硒化铋锑、碲化铋锑中的一种或多种。
4.根据权利要求1或3所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述无机纳米粒子的形状包括纳米棒。
5.根据权利要求4所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述纳米棒的直径为3-100nm，和/或长径比为3-100之间。
6.根据权利要求1所述的一种近黑色调光器件，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，其中，所述染色分子与无机纳米粒子均混合在所述聚合物基质中。
7.根据权利要求6所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述染色分子占所述聚合物基质的质量比为0.1-10%。
8.根据权利要求6或7所述的一种近黑色调光器件，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染色分子与无机纳米粒子用于形成近黑色调光功能层，且近黑色调光功能层的厚度为10-100μm。
9.根据权利要求6所述的一种近黑色调光器件，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、聚氨酯树脂、聚酯树脂中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种近黑色调光器件，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。
11.根据权利要求10所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述第一透明导电层与第二透明导电层包括ITO、FTO、FZO、IZO、GZO、AZO、纳米Ag线、导电石墨烯、纳米Cu线中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述第一透明基层与第二透明基层包括透明玻璃、透明膜中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的一种近黑色调光器件，其特征在于，所述透明膜包括PET、PC、PE、PP、PI、CPI、COP、TPU中的至少一种。
14.一种近黑色调光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将染色分子加入到聚合物基质中并充分搅拌均匀；
将合成所得的无机纳米粒子加入到聚合物基质中进行搅拌混合至完全均匀，得到近黑色涂布液；
将近黑色涂布液涂布于第一透明导电层与第二透明导电层之间，并进行固化，即得到近黑色的调光阀器件。
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