一种可智能调节的节能玻璃及其制备方法与流程

1.本发明涉及功能玻璃材料技术领域，具体涉及一种可智能调节的节能玻璃及其制备方法。


背景技术：

2.近红外光(波长在700nm到2500nm之间的光)约占太阳到达地球总能量的50％，通过建筑材料表面吸收阳光和透过窗户的光照，是房间、汽车内部、温室等空间内部过热的主要原因。对于人工制冷和制热系统的使用将对环境造成进一步影响，而制冷系统所消耗的能源将在2070年超过制热系统，并预计在2100年增加40倍。因此，控制窗户来调节太阳的热辐射，不但有利于照明，而且在建筑物冷热循环系统中也有着重要的作用。
3.由于普通玻璃阳光透过率很高，红外反射率很低，大部分太阳光透过玻璃而进人室内，从而加热物体，同时室内物体的能量又会以辐射形式通过玻璃散失掉。因此，空调的负荷变得越来越重。为防止地球温室效应，住宅与办公室都加强了节能措施，节能型玻璃的需求正在逐年增长。
4.节能型玻璃包括热反射玻璃和低辐射玻璃，热反射玻璃在反射红外线的同时，对可见光的透射也有较大衰减和反射，造成采光不好，反射光还可能造成眩光污染；而低辐射玻璃不能实现对室内温度的智能化调节。


技术实现要素：

5.针对现有玻璃不能实现对室内温度的智能化调节的问题，本发明提供一种可智能调节的节能玻璃及其制备方法，可以根据室内温度自动调节对太阳光中红外光区的透过率。
6.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
7.一种可智能调节的节能玻璃，其特征在于，包括玻璃本体，所述玻璃本体内部设置有夹层，所述夹层内设置有填充材料，所述填充材料包括温敏凝胶微粒，所述温敏凝胶微粒包括具有红外吸收的纳米粒子。
8.优选的，所述夹层宽度为1
‑
20mm。
9.优选的，所述温敏凝胶微粒的制备方法包括以下步骤：
10.s1、纳米粒子前处理
11.将所述具有红外吸收的纳米粒子超声分散在质量分数为1
‑
2％的聚乙二醇的水或乙醇溶液中，超声分散后在3000
‑
3800rpm转速下离心处理5
‑
15min，分离上层液体，得到第一溶液，在所述第一溶液中边搅拌边加入戊二醛，同时加热使使戊二醛充分混合并溶解完全，继续搅拌反应10
‑
20min，静置至温度恢复到室温后，以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，分离出沉淀，沉淀以冷的去离子水洗涤，真空干燥后得到前处理产物；
12.其中，所述纳米粒子的分散比为500
‑
1000ml/g，所述戊二醛与所述第一溶液的体积比例为1：(30
‑
80)；
13.s2、温敏凝胶修饰
14.将n
‑
异丙基丙烯酰胺、n
‑
羟甲基丙烯酰胺和聚乙二醇溶解在去离子水中，配制为乙烯基浓度在0.8
‑
1.2mol/l的溶液，加入n，n
‑
亚甲基双丙烯酰胺和n，n，n，n
‑
四甲基乙二胺溶解并搅拌至均匀，得到第二溶液，在所述第二溶液中通入氮气以去除氧气，除氧后加入等摩尔比的过硫酸钾和亚硫酸氢钠，再次搅拌均匀，得到第三溶液；在所述第三溶液中加入所述前处理产物，继续搅拌反应4
‑
8h，反应完成后加入与所述第三溶液等体积的去离子水，混合均匀后以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，去除上层溶液，沉淀以去离子水充分浸泡24
‑
72h后分散在去离子水中，再次高速离心分离沉淀，制得所述温敏凝胶微粒；
15.其中，所述n
‑
异丙基丙烯酰胺与所述n
‑
羟甲基丙烯酰胺、所述聚乙二醇的摩尔比例为(8
‑
9)：(1
‑
2)：1，所述聚乙二醇与所述n，n
‑
亚甲基双丙烯酰胺、所述n，n，n，n
‑
四甲基乙二胺的摩尔比例为1：(0.1
‑
0.2)：(0.1
‑
0.2)，所述过硫酸钾、亚硫酸氢钠与所述所述第二溶液中乙烯基的摩尔比例为1：1：50，所述第三溶液与所述前处理产物的混合比例为50
‑
100ml/g。
16.优选的，所述填充材料为均匀分散有温敏凝胶微粒的水凝胶，所述填充材料的制备方法包括以下步骤：
17.按重量比例称取聚乙烯醇1份、乙二醇1份并溶解在去离子水中，逐滴滴加乙酸溶液调节溶液ph至5，加入羧甲基壳聚糖5
‑
10份，充分混合搅拌，通入氮气以去除氧气，得到均匀透明的前驱体溶液，加入与前驱体溶液等体积的去离子水，加入所述温敏凝胶微粒12
‑
30份，充分混合后得到粘性溶液，倒入所述玻璃本体的夹层中，静置12
‑
24h后封装。
18.优选的，所述具有红外吸收的纳米粒子为铌氧化物掺杂的铟锡氧化物纳米晶。
19.优选的，所述具有红外吸收的纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
20.a1、称取乙醇铌并溶解在乙醇中，得到浓度在0.3
‑
0.4mol/l的乙醇铌溶液，加入与所述乙醇铌等摩尔量的四甲基氢氧化铵，加热回流反应过夜，反应完成并冷却至室温后离心分离沉淀，沉淀分别以去离子水和丙酮洗涤，真空干燥，制得铌的金属氧酸盐；
21.a2、称取铟锡氧化物纳米晶并分散在正己烷中，加入等体积的n，n
‑
二甲基甲酰胺，充分混合后加入亚硝鎓四氟硼酸盐，剧烈搅拌5
‑
10min，加入甲苯溶液并充分搅拌，离心分离沉淀，沉淀依次用甲苯和n，n
‑
二甲基甲酰胺洗涤，再以5
‑
6g/100ml的分散比分散在n，n
‑
二甲基甲酰胺中，得到第四溶液，加入与所述第四溶液等体积的所述铌的金属氧酸盐的水溶液，剧烈搅拌5
‑
20min，离心分离沉淀，沉淀以去离子水洗涤，真空干燥后得到复合产物，将所述复合产物置于空气中退火处理，退火温度400
‑
450℃，退火时间20
‑
30min，制得所述具有红外吸收的纳米粒子；
22.其中，所述铟锡氧化物纳米晶的尺寸范围为5nm至15nm，锡掺杂的原子百分比为4at.％至12at.％；所述铟锡氧化物纳米晶与正己烷的分散比例为5
‑
6g/100ml，所述亚硝鎓四氟硼酸盐与所述铟锡氧化物纳米晶的重量比例为1：(400
‑
500)，所述铌的金属氧酸盐的水溶液的质量浓度为20g/100ml。
23.优选的，所述具有红外吸收的纳米粒子为硫化铅量子点。
24.优选的，所述节能玻璃的四个侧面均粘贴有晶体硅太阳能电池。
25.优选的，所述玻璃本体为透光率不小于90％的超白玻璃。
26.本发明的另一目的在于提供一种前述可智能调节的节能玻璃的制备方法，具体是
用玻璃胶将两片玻璃板的其中三个侧面进行封边，灌注填充材料后封装，在所述玻璃本体的四个侧面用紫外固化胶粘贴效率为17％的商品单晶硅太阳能电池，并用电路板将四个电池的电极串联引出。
27.本发明的有益效果为：
28.(1)本发明以具有温敏活性的凝胶微粒为载体对具有红外吸收的纳米粒子进行包覆，当室内温度较高时，凝胶微粒失水收缩将包覆的纳米粒子释出，增大了所述玻璃本体对红外光区的吸收，减少红外光透过率，降低由于由过多的红外辐射引起的温升，减少制冷系统的耗能，当室内温度较低时，凝胶微粒吸水膨胀，将释出的纳米粒子重新吸入，减少所述玻璃本体对红外光区的吸收，提高红外光透过率，使得可以在低温的冬季以高红外光透过率加热房间，由此实现玻璃的智能调节。
29.(2)本发明以n
‑
异丙基丙烯酰胺和n
‑
羟甲基丙烯酰胺为主要单体，制备得到温敏凝胶微粒，具体的，以戊二醛为交联剂，先将戊二醛负载在所述纳米粒子表面，在聚合体系中，聚合产物在改性的纳米粒子表面交联聚合，实现均一包覆。所述凝胶微粒可以以水为载体分散在夹层中，还可添加防冻液防冻，进一步的，本发明以水凝胶为载体，将所述温敏凝胶微粒均匀固定在夹层中，可以防止沉降聚集；同时本发明在铟锡氧化物纳米晶的基础上，以铌的多金属氧酸盐改性所述铟锡氧化物纳米晶，再通过高温退火处理得到铌氧化物掺杂的铟锡氧化物纳米晶，提高其红外吸收性能。
30.(3)硫化铅量子点具有良好的红外吸收性能，且其荧光发射波长范围在750
‑
1100nm，对应晶体硅太阳能电池光谱响应的最佳部分，本发明以硫化铅量子点为红外吸收剂嵌入玻璃中，硫化铅量子点可以吸收红外线后发射为波长更长的光并在夹层内反射，最终传播至玻璃边缘，被光伏电池收集和使用，转化为电能储存并应用。
具体实施方式
31.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
32.实施例1
33.本实施例涉及一种可智能调节的节能玻璃，包括玻璃本体，所述玻璃本体为透光率不小于90％的超白玻璃，所述玻璃本体内部设置有宽度为8mm的夹层，所述夹层内设置有填充材料，所述填充材料包括温敏凝胶微粒，所述温敏凝胶微粒包括具有红外吸收的纳米粒子，所述具有红外吸收的纳米粒子为铟锡金属氧化物纳米晶，所述铟锡氧化物纳米晶的尺寸范围为5nm至15nm，锡掺杂的原子百分比为8at.％至10at.％；
34.所述填充材料为均匀分散有温敏凝胶微粒的水凝胶，所述填充材料的制备方法包括以下步骤：
35.按重量比例称取聚乙烯醇1份、乙二醇1份并溶解在去离子水中，逐滴滴加乙酸溶液调节溶液ph至5，加入羧甲基壳聚糖10份，充分混合搅拌，通入氮气以去除氧气，得到均匀透明的前驱体溶液，加入与前驱体溶液等体积的去离子水，加入所述温敏凝胶微粒20份，充分混合后得到粘性溶液，倒入所述玻璃本体的夹层中，静置12
‑
24h后封装；
36.所述温敏凝胶微粒的制备方法包括以下步骤：
37.s1、纳米粒子前处理
38.将所述具有红外吸收的纳米粒子按分散比500ml/g超声分散在质量分数为1
‑
2％
的聚乙二醇的水或乙醇溶液中，超声分散后在3000
‑
3800rpm转速下离心处理5
‑
15min，分离上层液体，得到第一溶液，在所述第一溶液中边搅拌边加入戊二醛，所述戊二醛与所述第一溶液的体积比例为1：40，同时加热使使戊二醛充分混合并溶解完全，继续搅拌反应10
‑
20min，静置至温度恢复到室温后，以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，分离出沉淀，沉淀以冷的去离子水洗涤，真空干燥后得到前处理产物；
39.s2、温敏凝胶修饰
40.将n
‑
异丙基丙烯酰胺、n
‑
羟甲基丙烯酰胺和聚乙二醇按摩尔比8：2：1溶解在去离子水中，配制为乙烯基浓度在1mol/l的溶液，加入所述聚乙二醇摩尔量10％的n，n
‑
亚甲基双丙烯酰胺和n，n，n，n
‑
四甲基乙二胺溶解并搅拌至均匀，得到第二溶液，在所述第二溶液中通入氮气以去除氧气，除氧后加入所述乙烯基摩尔量2％的过硫酸钾和亚硫酸氢钠，再次搅拌均匀，得到第三溶液；按混合比例为50ml/g在所述第三溶液中加入所述前处理产物，继续搅拌反应6h，反应完成后加入与所述第三溶液等体积的去离子水，混合均匀后以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，去除上层溶液，沉淀以去离子水充分浸泡72h后分散在去离子水中，再次高速离心分离沉淀，制得所述温敏凝胶微粒。
41.实施例2
42.本实施例涉及一种可智能调节的节能玻璃，包括玻璃本体，所述玻璃本体为透光率不小于90％的超白玻璃，所述玻璃本体内部设置有宽度为8mm的夹层，所述夹层内设置有填充材料，所述填充材料包括温敏凝胶微粒，所述温敏凝胶微粒包括具有红外吸收的纳米粒子，所述具有红外吸收的纳米粒子为铌氧化物掺杂的铟锡氧化物纳米晶；
43.所述填充材料为均匀分散有温敏凝胶微粒的水凝胶，所述填充材料的制备方法包括以下步骤：
44.按重量比例称取聚乙烯醇1份、乙二醇1份并溶解在去离子水中，逐滴滴加乙酸溶液调节溶液ph至5，加入羧甲基壳聚糖10份，充分混合搅拌，通入氮气以去除氧气，得到均匀透明的前驱体溶液，加入与前驱体溶液等体积的去离子水，加入所述温敏凝胶微粒20份，充分混合后得到粘性溶液，倒入所述玻璃本体的夹层中，静置12
‑
24h后封装；
45.所述温敏凝胶微粒的制备方法包括以下步骤：
46.s1、纳米粒子前处理
47.将所述具有红外吸收的纳米粒子按分散比500ml/g超声分散在质量分数为1
‑
2％的聚乙二醇的水或乙醇溶液中，超声分散后在3000
‑
3800rpm转速下离心处理5
‑
15min，分离上层液体，得到第一溶液，在所述第一溶液中边搅拌边加入戊二醛，所述戊二醛与所述第一溶液的体积比例为1：40，同时加热使使戊二醛充分混合并溶解完全，继续搅拌反应10
‑
20min，静置至温度恢复到室温后，以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，分离出沉淀，沉淀以冷的去离子水洗涤，真空干燥后得到前处理产物；
48.s2、温敏凝胶修饰
49.将n
‑
异丙基丙烯酰胺、n
‑
羟甲基丙烯酰胺和聚乙二醇按摩尔比8：2：1溶解在去离子水中，配制为乙烯基浓度在1mol/l的溶液，加入所述聚乙二醇摩尔量10％的n，n
‑
亚甲基双丙烯酰胺和n，n，n，n
‑
四甲基乙二胺溶解并搅拌至均匀，得到第二溶液，在所述第二溶液中通入氮气以去除氧气，除氧后加入所述乙烯基摩尔量2％的过硫酸钾和亚硫酸氢钠，再次搅拌均匀，得到第三溶液；按混合比例为50ml/g在所述第三溶液中加入所述前处理产物，继
续搅拌反应6h，反应完成后加入与所述第三溶液等体积的去离子水，混合均匀后以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，去除上层溶液，沉淀以去离子水充分浸泡72h后分散在去离子水中，再次高速离心分离沉淀，制得所述温敏凝胶微粒；
50.所述具有红外吸收的纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
51.a1、称取乙醇铌并溶解在乙醇中，得到浓度在0.35mol/l的乙醇铌溶液，加入与所述乙醇铌等摩尔量的四甲基氢氧化铵，加热回流反应过夜，反应完成并冷却至室温后离心分离沉淀，沉淀分别以去离子水和丙酮洗涤，真空干燥，制得铌的金属氧酸盐；
52.a2、称取铟锡氧化物纳米晶并分散在正己烷中，分散比为5
‑
6g/100ml，加入等体积的n，n
‑
二甲基甲酰胺，充分混合后加入纳米晶质量0.2％的亚硝鎓四氟硼酸盐，剧烈搅拌5
‑
10min，加入甲苯溶液并充分搅拌，离心分离沉淀，沉淀依次用甲苯和n，n
‑
二甲基甲酰胺洗涤，再以5
‑
6g/100ml的分散比分散在n，n
‑
二甲基甲酰胺中，得到第四溶液，加入与所述第四溶液等体积的所述铌的金属氧酸盐的质量浓度为20g/100ml的水溶液，剧烈搅拌5
‑
20min，离心分离沉淀，沉淀以去离子水洗涤，真空干燥后得到复合产物，将所述复合产物置于空气中退火处理，退火温度400
‑
450℃，退火时间20
‑
30min，制得所述具有红外吸收的纳米粒子；
53.其中，所述铟锡氧化物纳米晶的尺寸范围为5nm至15nm，锡掺杂的原子百分比为8at.％至10at.％。
54.实施例3
55.本实施例涉及一种可智能调节的节能玻璃，包括玻璃本体，所述玻璃本体为透光率不小于90％的超白玻璃，所述玻璃本体内部设置有宽度为8mm的夹层，所述夹层内设置有填充材料，所述填充材料包括温敏凝胶微粒，所述温敏凝胶微粒包括具有红外吸收的纳米粒子，所述具有红外吸收的纳米粒子为硫化铅量子点；
56.所述节能玻璃的四个侧面均粘贴有效率为17％的商品单晶硅太阳能电池，并用电路板将四个电池的电极串联引出；
57.所述填充材料为均匀分散有温敏凝胶微粒的水凝胶，所述填充材料的制备方法包括以下步骤：
58.按重量比例称取聚乙烯醇1份、乙二醇1份并溶解在去离子水中，逐滴滴加乙酸溶液调节溶液ph至5，加入羧甲基壳聚糖10份，充分混合搅拌，通入氮气以去除氧气，得到均匀透明的前驱体溶液，加入与前驱体溶液等体积的去离子水，加入所述温敏凝胶微粒20份，充分混合后得到粘性溶液，倒入所述玻璃本体的夹层中，静置12
‑
24h后封装；
59.所述温敏凝胶微粒的制备方法包括以下步骤：
60.s1、纳米粒子前处理
61.将所述具有红外吸收的纳米粒子按分散比500ml/g超声分散在质量分数为1
‑
2％的聚乙二醇的水或乙醇溶液中，超声分散后在3000
‑
3800rpm转速下离心处理5
‑
15min，分离上层液体，得到第一溶液，在所述第一溶液中边搅拌边加入戊二醛，所述戊二醛与所述第一溶液的体积比例为1：40，同时加热使使戊二醛充分混合并溶解完全，继续搅拌反应10
‑
20min，静置至温度恢复到室温后，以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，分离出沉淀，沉淀以冷的去离子水洗涤，真空干燥后得到前处理产物；
62.s2、温敏凝胶修饰
63.将n
‑
异丙基丙烯酰胺、n
‑
羟甲基丙烯酰胺和聚乙二醇按摩尔比8：2：1溶解在去离
子水中，配制为乙烯基浓度在1mol/l的溶液，加入所述聚乙二醇摩尔量10％的n，n
‑
亚甲基双丙烯酰胺和n，n，n，n
‑
四甲基乙二胺溶解并搅拌至均匀，得到第二溶液，在所述第二溶液中通入氮气以去除氧气，除氧后加入所述乙烯基摩尔量2％的过硫酸钾和亚硫酸氢钠，再次搅拌均匀，得到第三溶液；按混合比例为50ml/g在所述第三溶液中加入所述前处理产物，继续搅拌反应6h，反应完成后加入与所述第三溶液等体积的去离子水，混合均匀后以10000
‑
12000rpm的转速进行高速离心处理，去除上层溶液，沉淀以去离子水充分浸泡72h后分散在去离子水中，再次高速离心分离沉淀，制得所述温敏凝胶微粒。
64.实验例
65.以玻璃本体为对照，测定各实施例的节能玻璃在不同温度下的可见光(400
‑
800nm)透过率和红外光(700
‑
2500nm)透过率，测试结果如下：
[0066][0067]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。