一种具有双稳态特性的辐射制冷液晶调光膜及其制备方法和应用

本申请涉及液晶材料，具体涉及一种具有双稳态特性的辐射制冷液晶调光膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、被动辐射制冷技术因可通过大气透明窗口向外太空以无能耗的方式传递热量，成为低碳节能领域的研究热点。其中，辐射制冷调光膜因其能够对光学性质进行动态调节而被广泛关注，其对于提高能源效率和减少温室气体排放具有至关重要的作用。

2、辐射制冷调光膜根据调光方式的不同，可分为主动式调光和被动式调光。主动式辐射制冷调光膜能够根据人为需要精准调节太阳光透过率，但其需要持续输入电能来维持光学状态；而被动式辐射制冷调光膜则是通过对环境温度产生响应，实现自适应地热量调节，无需能耗输入，但由于其高度不可控性，难以应对实际环境的不稳定性。此外，热致变色过程通常会存在热迟滞性，易于造成能源损失，例如春秋昼夜温差大时，易出现负荷错配的状况，这种响应延迟将导致峰值制冷负荷偏高。

3、双稳态调光膜在撤去电场后仍能保持相应光学状态，可将二者优势相结合，避免了普通电致变色调光膜持续耗能以及热致变色调光膜可控性差的问题。目前，负性胆甾相液晶因具有取向记忆效应，并且可以通过频率不同的电场对其光学状态进行可逆切换，被认为是制作双稳态调光膜的理想材料。通过改变负性胆甾相液晶的中心反射波长，可以实现不同显示效果的双稳态调光膜构筑，在智能窗等领域具有潜在的应用价值。然而，负性胆甾相液晶的双稳态性能在实际应用中面临显著瓶颈：其分子取向易受温度波动，高温下取向松弛易导致稳态漂移，从而使光学状态稳定寿命缩短和性能衰减。此外，现有的双稳态液晶膜并未针对被动辐射制冷特性进行设计，所用原料的红外活性基团含量较低，且未对混合体系配比及薄膜内部微观形貌进行导向优化，难以实现双稳态与辐射散热性能协同优化，无法同时兼容被动辐射散热及零场稳定性要求。从辐射制冷材料的研究进展而言，当前也并未有关于双稳态辐射制冷调光材料的报道。

技术实现思路

1、本申请提供一种具有双稳态特性的辐射制冷液晶调光膜及其制备方法和应用，其具有低驱动电压、宽范围光调控能力、高红外发射率与零场稳定性，

2、旨在解决现有双稳态调光膜无法兼顾高红外发射率与零场稳定性的技术问题。

3、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

4、本申请的第一方面，提供一种具有双稳态特性的辐射制冷液晶调光膜，其原料包括：

5、负性胆甾相液晶40~80份、环氧单体5~30份、硫醇固化剂5~30份、促进剂0.5~10份、间隔粒子0.1~1份；

6、其中，所述环氧单体的官能度≥2；硫醇固化剂的巯基官能度≥2。

7、优选的，所述负性胆甾相液晶由负性向列相液晶、手性掺杂剂和离子盐组成；

8、其中，所述负性向列相液晶在第一大气透明窗口和第二大气窗口内有强吸收振动；

9、以重量百分比计，负性向列相液晶占比为60.0~95.0wt%，手性掺杂剂占比为0.2~40.0wt%，离子盐占比为0.01~0.5wt%。

10、进一步优选的，所述负性向列相液晶为gxv-6001、gxv-6001a、gxv-6002、gxv-6003、gxv7008、gxv7009、gxv-7917-270或gxv-7928-268中的至少一种；

11、所述手性掺杂剂为(反式,反式)-4-(3,5-二氟-4-((s)-辛烷-2-基氧基)苯基)-4'-丙基-1,1'-联(环己烷)、5,6-二氢-5-(反式-4-丙基环己基)-4h-二萘并(2,1-f:1',2'-h)(1,5)二氧杂环壬四烯、4-(4-己氧基苯甲酰氧基)苯甲酸-s-(+)-2-辛酯或双4-(4'-戊基环己基苯甲酸)-(1s)-1-苯基-1,2-乙二醇中的至少一种；

12、所述离子盐为四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或四丁基四氟硼酸铵中的至少一种。

13、优选的，所述环氧单体包含刚性结构和c-f、c-cl、c-o或si-o功能键，在第一大气透明窗口和第二大气窗口内有强吸收振动；

14、所述刚性结构为单/双取代苯基、环己基或笼型聚倍半硅氧烷。

15、进一步优选的，所述环氧单体为以下结构中的至少一种：

16、。

17、优选的，所述硫醇固化剂包括以下结构中的至少一种：

18、

19、其中，r为氢、甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基或丙氧基中的任意一种，n为1~10的整数。

20、优选的，所述促进剂包括2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、苄基二甲胺、三乙胺、三乙醇胺、邻羟基苄基二甲胺或4-二甲氨基吡啶中的至少一种。

21、优选的，所述间隔粒子为二氧化硅微球或高分子微球，其直径为20~100μm。

22、本申请的第二方面，提供上述辐射制冷液晶调光膜的制备方法，包括：

23、将所述原料混合均匀，挤压于两片透明导电材料之间，在低于所述负性胆甾相液晶清亮点5.0~50.0℃的温度下聚合，即得辐射制冷液晶调光膜。

24、本申请的第三方面，提供上述辐射制冷液晶调光膜在建筑节能、光伏冷却、能源收集或人体热量管理领域的应用。

25、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

26、本申请通过使用在大气透明窗口内具有强吸收振动的负性胆甾相液晶体系、环氧单体、硫醇固化剂和其他功能性掺杂剂，对组成配比优化及聚合条件实施优化，实现了对微观结构的有效调控，使辐射制冷液晶调光膜以较低的驱动电压实现了稳定的光学调控，通过施加高频或低频电场能使可见光和近红外在高透过态和高屏蔽态之间可逆切换，并且在零场下保持稳定，能以更低能耗的方式实现太阳光辐射的有效管理。

27、本申请的辐射制冷液晶调光膜兼具高效被动辐射制冷能力与双稳态特性，

28、其在大气透明窗口范围内的中红外发射率≥94%，通过施加高频和低频电场能够同时调节可见光和近红外光透射率，且撤去相应电场后仍能保持高透明态或高散射态。

29、本申请的辐射制冷液晶调光膜解决了现有辐射制冷调光膜自主可控、辐射散热、零场稳定性三者难以兼得的问题，在建筑节能、光伏冷却、能源收集以及人体热量管理等领域具有巨大的发展潜力。

1.一种具有双稳态特性的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，其原料包括：

2.根据权利要求1所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述负性胆甾相液晶由负性向列相液晶、手性掺杂剂和离子盐组成；

3.根据权利要求2所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述负性向列相液晶为gxv-6001、gxv-6001a、gxv-6002、gxv-6003、gxv 7008、gxv 7009、gxv-7917-270或gxv-7928-268中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述环氧单体包含刚性结构和c-f、c-cl、c-o或si-o功能键，在第一大气透明窗口和第二大气窗口内有强吸收振动；

5.根据权利要求4所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述环氧单体为以下结构中的至少一种：

6.根据权利要求1所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述硫醇固化剂包括以下结构中的至少一种：

7.根据权利要求1所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述促进剂包括2, 4, 6-三（二甲氨基甲基）苯酚、苄基二甲胺、三乙胺、三乙醇胺、邻羟基苄基二甲胺或4-二甲氨基吡啶中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的辐射制冷液晶调光膜，其特征在于，所述间隔粒子为二氧化硅微球或高分子微球，其直径为20~100μm。

9.权利要求1所述的辐射制冷液晶调光膜的制备方法，其特征在于，包括：

10.权利要求1-9任一项所述的辐射制冷液晶调光膜在建筑节能、光伏冷却、能源收集或人体热量管理领域的应用。