一种节能式恒温控制箱及其制备方法

1.本发明涉及节能恒温控制材料领域，具体涉及一种节能式恒温控制箱及其制备方法。


背景技术：

2.恒温控制系统在生物培养、物品贮存等众多领域具有广泛的应用，但目前恒温控制系统往往以温度传感器为控温模块，功能较为单一，箱体一般为玻璃、金属等，通常不具有保温性能，能耗较高，而具有保温性能的箱体一般不透明，较难观察箱内环境。另一方面，水凝胶软物质材料拥有三维网状结构，以及丰富的水，这使得它软而韧，从而可以适应各种曲面或不规则表面。又因其含有充裕的水，能吸收大量的热，可作为窗口用于节能控温。在此基础上，对外环境刺激有相变响应的水凝胶又可以自发地调控能量的输入与阻断，进一步减少耗能。在全球能源紧缺的背景下，将此类水凝胶材料应用于节能控温领域的研究具有极大的实用价值。
3.在各种可逆相变的水凝胶中，温敏型水凝胶有相变温度，可以对环境温度的变化做出响应，从某一温度下全透光的能量输入状态，转变为另一温度下不透光的能量阻断状态。整个响应过程直接由环境温度和太阳光调节，不需要额外供能，是研究最为广泛的一种节能用水凝胶。如solar energy materials and solar cells,2021,232,111348报道一种羟丙基纤维素-聚丙烯酰胺水凝胶，在温度高于40℃时，水凝胶由透明变为白色，可以阻挡日光照射带来的热量。但目前将水凝胶材料的节能性应用于实际场景中的探索很有限，大多拘泥于研究水凝胶的结构与性能。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种节能式恒温控制箱及其制备方法。
5.为了实现本发明目的，本发明提供的一种节能式恒温控制箱，包括水凝胶箱体、设置在水凝胶箱体外部的冷光源以及设置在水凝胶箱体内部的温度控制系统，
6.温度控制系统包括加热器、温度-光强联合感应器件、继电器和电源，温度-光强联合感应器件与加热器和继电器均导线连接，电源与加热器和继电器均导线连接；
7.且，所述温度-光强联合感应器件与所述冷光源相对设置，所述温度-光强联合感应器件包括温敏水凝胶和光敏电阻，温敏水凝胶的一侧与所述温度-光强联合感应器件相对，光敏电阻设置在温敏水凝胶的另一侧；
8.所述水凝胶箱体中的水凝胶及温度-光强联合感应器件中的水凝胶均为透明度随温度变化的温敏水凝胶。
9.采用前述方案的控制箱，水凝胶箱体和温度-光强联合感应器件中所用水凝胶均为温度敏感变色水凝胶，通过水凝胶感知环境温度从而改变其透明度，进而使光敏电阻的阻值发生变化，以控制加热器的通断，同时，由于温度敏感水凝胶的使用，该控制箱可有效降低系统内部热量的扩散及阻挡外部环境的热量输入，减少加热冷却设备的使用能耗，使
环境的温度保持在较稳定的范围，同时又具有节能的效果。
10.进一步地，所述水凝胶箱体为由透明度随温度变化的温敏水凝胶制成的箱体。
11.进一步地，所述水凝胶箱体的箱体内壁或外壁粘贴有透明度随温度变化的温敏水凝胶，所述内壁可以是箱体的全部内壁或者部分内壁，所述外壁可以是箱体的全部外壁或者部分外壁。
12.进一步地，所述温度-光强联合感应器件中的水凝胶与光敏电阻的组合方式为贴附式，即所述光敏电阻贴附在水凝胶背向所述冷光源的一侧。
13.进一步地，所述温度-光强联合感应器件中的水凝胶与光敏电阻的组合方式为包埋式，即所述光敏电阻包埋于所述水凝胶的内部。
14.以上所述的节能式恒温控制系统的制备方法，包括如下步骤：
15.(1)透明度随温度变化的温敏水凝胶的制备：将无机盐、羟丙基甲基纤维素、丙烯酰胺类单体、交联剂依次加入到去离子水中，搅拌均匀得到混合液，通入惰性气体除去混合液中的氧气，然后加入引发剂并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，将反应液注射到模具中并密封，通过聚合反应得到透明度随温度变化的温敏水凝胶；
16.(2)水凝胶箱体的制备：采用步骤(1)制备得到的透明度随温度变化的温敏水凝胶制作得到水凝胶箱体；或者将步骤(1)制备得到的透明度随温度变化的温敏水凝胶贴附于箱体的内壁或者外壁以制作得到水凝胶箱体；
17.(3)温度-光强联合感应器件的制备：将光敏电阻贴附于由步骤(1)制备的透明度随温度变化的温敏水凝胶的一侧，或者包埋于由步骤(1)制备的透明度随温度变化的温敏水凝胶的内部，制备得到所述温度-光强联合感应器件；
18.(4)温度控制系统的制备：将步骤(3)得到的所述温度-光强联合感应器件与继电器电连接，用继电器将加热器与电源连接起来，通过温度-光强联合感应器控制继电器的通断，进而通过继电器控制加热器的电源的通断；
19.(5)节能式恒温控制系统的制备：将冷光源放置在所述水凝胶箱体的外部，将温度控制系统放置在所述水凝胶箱体的内部，所述温度-光强联合感应器件的设置位置正对着所述冷光源，以使得所述冷光源发出的光穿过所述温度-光强联合感应器件中的水凝胶之后再照射到所述光敏电阻上。
20.进一步地，步骤(1)所述无机盐采用氯化锂、氯化钠、氯化钾，丙烯酰胺类单体包括丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n,n-二乙基丙烯酰胺中的任一种，交联剂为n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，惰性气体采用氮气和氩气中的任一种，引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
21.进一步地，步骤(1)所述无机盐相对于去离子水的浓度为0～0.35g/ml，羟丙基甲基纤维素相对于去离子水的浓度为0.01～0.10g/ml，丙烯酰胺类单体相对于去离子水的浓度为2～5mol/l，交联剂占丙烯酰胺类单体的摩尔比为0.1％～1.5％，引发剂占丙烯酰胺类单体的摩尔比为0.2％～0.5％，聚合反应在60～80℃进行8～24小时。
22.进一步地，步骤(3)中光敏电阻作为开关的阻值变化范围为3～150kω。
23.进一步地，步骤(4)中恒温控制系统的继电器工作电压为5～12v直流电，加热器工作电压125～250v交流电或28～30v直流电，冷光源为led灯。
24.进一步地，所述节能式恒温控制箱的工作方式，包括如下步骤：
25.(1)当节能式恒温控制箱内温度较低时，温度-光强联合感应器件中的水凝胶为透
明状态，光敏电阻在冷光源照射下阻值较小，与之相连的继电器为通电状态，将电源与加热器接通，加热器工作，箱内环境温度升高；
26.(2)当箱内温度升高到一定程度时，温度-光强联合感应器件中的水凝胶变为不透明状态，光敏电阻接收到的光强减弱，阻值随之增大，继电器变为断电状态，切断加热器与电源之间的连接，使其停止加热，使箱内温度停止升高；
27.(3)当箱内温度再降低至一定温度时，水凝胶又变回透明状态，光敏电阻的阻值降低，继电器变为通电状态，加热器再次启动，为恒温箱加热升温；
28.(4)步骤(1)至(3)往复进行，使箱内温度稳定在一定温度范围内；
29.(5)在恒温控制箱使用过程中，温度升高导致水凝胶变为不透明状态，进而由该水凝胶组成的箱体中，系统内部热量往系统外环境的传播大幅降低，使箱内温度降低减缓，可以减少加热器的工作时间；另一方面，外界环境温度较高，也会引起控制箱中的水凝胶发生相变，透明度降低，外界热量向恒温控制箱中的辐射受阻，从而实现系统内温度的恒定，而无需额外的冷却设备，这两个方面的共同作用，使该恒温箱达到节能效果
30.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
31.1.本发明所提供的恒温控制箱兼具恒温与节能的功效。根据本恒温控制箱的工作机制，能使恒温箱内环境的温度处在一个稳定的范围内，即实现恒温的效果；同时，低温下，即环境温度低至设定值，水凝胶为透明态时，才会启动加热器，而箱内温度升高之后，水凝胶变为不透明，光敏电阻阻值增加，使加热器停止工作，不透明的水凝胶又可以减少箱内热量向外扩散，使箱内保温性能提高，降低了加热器的使用时间；另外，外界温度较高时，不透明的水凝胶能有效阻止外界的辐射热，使箱内温度不至于升温过快，无需另接制冷器即可达到箱内的降温效果，这种透明度-温度协同调节功能，使该恒温控制箱实现了高效的节能效果。
32.2.本发明中核心的温度-光强联合感应器件，兼具透明度可调与隔热的特性。与温敏电阻相比，感温组件透明且透明度可调，可以方便观察箱内情况；与全透明的玻璃相比，具有隔热的功能，可以有效降低能耗，达到节能效果。
33.3.本发明中使用的原料易得，配方简单，制备简单。功能组分羟丙基甲基纤维素是纤维素的衍生物，来源广泛；用以调节水凝胶相变情况的无机盐是常用盐类；丙烯酰胺类单体、交联剂、引发剂是合成水凝胶的常用药品。水凝胶通过“一锅法”直接聚合得到，比传统水凝胶的合成更简单。
34.4.本发明中，水凝胶材料对光热的调制范围的宽窄转化可以通过简单调节羟丙基甲基纤维素或无机盐的浓度实现，光热调制范围在宽窄中变化，体现为水凝胶材料相变程度的深浅变化，从而可以适应环境温差大或温差小的情况，操作简单且效果显著。
35.5.本发明中，水凝胶材料的相变温度范围简便可调，通过简单改变无机盐的浓度即可实现。
36.6.本发明中的水凝胶材料具有很好的柔性，与传统的硬质玻璃或其他材质的控温窗口相比，能更好地适应各种平面曲面，应用的场景更多，应用前景更广。
附图说明
37.图1为本发明实施例提供的一种节能式恒温控制箱的结构示意图。
38.图2本发明实施例提供的贴附式温度-光强联合感应器件的结构示意图。
39.图3本发明实施例提供的包埋式温度-光强联合感应器件结构示意图。
具体实施方式
40.下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。对实施例中得到的水凝胶，合成所用的模具由两个玻璃板中间夹一个垫圈组成，反应液在空腔内聚合形成片状水凝胶。采用zhang等adv.funct.mater.2018,28,1707245文献公开的方法测定水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
41.本发明提供的一种节能式恒温控制箱，包括水凝胶箱体1、设置在水凝胶箱体1外部的冷光源2以及设置在水凝胶箱体1内部的温度控制系统，温度控制系统包括加热器3、温度-光强联合感应器件4、继电器5和电源6，温度-光强联合感应器件4与加热器3和继电器5均导线连接，电源6与加热器3和继电器5均导线连接；且，所述温度-光强联合感应器件4与所述冷光源1相对设置，所述温度-光强联合感应器件包括温敏水凝胶8和光敏电阻9，温敏水凝胶8的一侧与所述温度-光强联合感应器件4相对，光敏电阻9设置在温敏水凝胶8的另一侧；所述水凝胶箱体1中的水凝胶及温度-光强联合感应器件4中的水凝胶均为透明度随温度变化的温敏水凝胶。
42.其中，光敏电阻9与加热器3和继电器5连接，温敏水凝胶8与光敏电阻9连接。
43.采用本发明提供的恒温控制箱，温度-光强联合感应器件4中的温敏水凝胶8的透明度随时间发生变化，从而可以实现在环境温度和太阳光照变化的情况下，材料对能量的无级调节，更便利地满足实际需要。将温敏水凝胶8与光敏电阻9结合，并用于控制加热器，由水凝胶材料的相变状态来决定加热器的工作与否，当环境温度低至一定值时加热器才工作，温度升高后，凝胶变不透明，又可减少内部热量对外耗散，实现恒温；而温度较高时，不透明的水凝胶一方面可以阻断部分外界辐射热，另一方面其中的水能吸收大量的对流热和传导热，减少外界热量对系统的影响，不需再接制冷器即可达到降温效果，减少不必要的能耗，从而实现节能的功效。
44.实施例1
45.首先制备透明度随温度变化的温敏水凝胶，室温下将0g氯化钠、1g羟丙基甲基纤维素，14.2g丙烯酰胺单体，0.03g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.1g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应8小时，聚合得到温敏水凝胶；其拉伸强度为50kpa，断裂伸长率为800％；采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻紧贴在温敏水凝胶背向冷光源一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件4，将该温度-光强联合感应器件4与加热器3(125v交流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内的温度低于20℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于3kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内的温度升高；当恒温控制箱内温度高于24℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于3kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度开始下降；当恒温控制箱内温度下降到20℃时，温敏水凝胶变透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在20℃～24℃范围内，达
到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶箱体会阻挡热辐射，减少恒温箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此可以减少加热器3的工作时间，达到节能的效果。
46.实施例2
47.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，21.3g丙烯酰胺单体，0.75g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.38g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应24小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为100kpa，断裂伸长率为600％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于22℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于20kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于25℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于20kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到22℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在22℃～25℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶箱体会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器3的工作时间，达到节能的效果。
48.实施例3
49.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.75g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.25g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为150kpa，断裂伸长率为500％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(250v交流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于23℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于30kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于27℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于30kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到23℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻阻9值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在23℃～27℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶箱体会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
50.实施例4
51.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.9g n,n
’‑
亚甲
基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.3g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应24小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为300kpa，断裂伸长率为300％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于30℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻阻值低于100kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于35℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻阻9值高于100kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到30℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻阻9值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在30℃～35℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
52.实施例5
53.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.09g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.75g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应24小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为220kpa，断裂伸长率为400％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(10v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于23℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻阻9值低于50kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于27℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于50kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到23℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在23℃～27℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶箱体会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
54.实施例6
55.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.38g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为250kpa，断裂伸长率为350％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制
箱内温度低于27℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于70kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于30℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于70kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到27℃时，温敏温敏水凝胶8变透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在27℃～30℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶箱体会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
56.实施例7
57.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.38g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为200kpa，断裂伸长率为450％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于24℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于40kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于28℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于40kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到24℃时，温敏温敏水凝胶8变透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在24℃～28℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
58.实施例8
59.室温下将10g氯化钠，5g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.45g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.45g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为350kpa，断裂伸长率为250％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于36℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于120kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于40℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻阻9值高于120kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到36℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循
环，使恒温控制箱内温度内温度维持在36℃～40℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶箱体会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
60.实施例9
61.室温下将35g氯化钠，1g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.3g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于80℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为310kpa，断裂伸长率为300％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于33℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于110kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于37℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于110kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到33℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在33℃～37℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
62.实施例10
63.室温下将35g氯化钠，10g羟丙基甲基纤维素，35.5g丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.4g过硫酸钾并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为250kpa，断裂伸长率为400％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(220v交流电)和继电器5(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于27℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于70kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于30℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于70kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到27℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在27℃～30℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
64.实施例11
65.室温下将10g氯化锂，5g羟丙基甲基纤维素，19.8g n,n-二甲基丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到
均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.34g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于60℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为60kpa，断裂伸长率为780％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(28v直流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于20℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于10kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于24℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于10kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到20℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在20℃～24℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
66.实施例12
67.室温下将10g氯化锂，5g羟丙基甲基纤维素，29.7g丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.34g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为150kpa，断裂伸长率为500％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(30v直流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于23℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于30kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于27℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于30kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到23℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在23℃～27℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
68.实施例13
69.室温下将20g氯化锂，5g羟丙基甲基纤维素，49.6g n,n-二甲基丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.34g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为230kpa，断裂伸长率为480％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(29v直流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。
当恒温控制箱内温度低于25℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于60kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于29℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于60kω，继电器5断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到25℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在25℃～29℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
70.实施例14
71.室温下将20g氯化锂，5g羟丙基甲基纤维素，63.6g n,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.34g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于80℃下反应12小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为260kpa，断裂伸长率为420％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(28v直流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于28℃时，温敏温敏水凝胶8变透明，光敏电阻9阻值低于80kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于32℃时，温敏温敏水凝胶8凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于80kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到28℃时，温敏温敏水凝胶8变透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在28℃～32℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
72.实施例15
73.室温下将30g氯化锂，10g羟丙基甲基纤维素，63.6g n,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.38g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.34g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于80℃下反应24小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为260kpa，断裂伸长率为430％。采用温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻9紧贴在温敏温敏水凝胶8背向冷光源2一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器3(28v直流电)和继电器5(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于28℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值低于80kω，继电器5接通负载电路，加热器3工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于32℃时，温敏温敏水凝胶8发白，变得不透明，光敏电阻9阻值高于80kω，继电器5断开负载电路，加热器3停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到28℃时，温敏温敏水凝胶8透明，光敏电阻9阻值降低，加热器3重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；
如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在28℃～32℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温控制箱内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
74.实施例16
75.室温下将30g氯化锂，10g羟丙基甲基纤维素，63.6g n,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.9g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氮气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氮气除去其中的氧气；然后加入0.4g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于80℃下反应24小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为500kpa，断裂伸长率为200％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻紧贴在温敏水凝胶背向冷光源一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器(28v直流电)和继电器(5v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于40℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于150kω，继电器接通负载电路，加热器工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于44℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于150kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到40℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在40℃～44℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
76.实施例17
77.室温下将10g氯化钾，5g羟丙基甲基纤维素，50.9g n,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.3g n,n
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亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氩气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氩气除去其中的氧气；然后加入0.46g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应8小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为230kpa，断裂伸长率为500％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻紧贴在温敏水凝胶背向冷光源一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器(220v交流电)和继电器(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于25℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于60kω，继电器接通负载电路，加热器工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于29℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于60kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到25℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在25℃～29℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
78.实施例18
79.室温下将10g氯化钾，10g羟丙基甲基纤维素，50.9g n,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.3g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氩气除氧的去离子水中，搅拌得到均
匀的混合液，再通入氩气除去其中的氧气；然后加入0.46g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应8小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为230kpa，断裂伸长率为510％。将温敏水凝胶组装成水凝胶箱体；将光敏电阻紧贴在温敏水凝胶背向冷光源一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器(220v交流电)和继电器(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于25℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于60kω，继电器接通负载电路，加热器工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于29℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于60kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到25℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在25℃～29℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
80.实施例19
81.室温下将20g氯化钾，10g羟丙基甲基纤维素，50.9gn,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.3g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氩气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氩气除去其中的氧气；然后加入0.46g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应8小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为230kpa，断裂伸长率为500％。在箱体的外壁粘贴温敏变色水凝胶形成水凝胶箱体1；将光敏电阻9包埋于温敏水凝胶8的内部，且温敏水凝胶8的外侧朝向冷光源2，组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器(220v交流电)和继电器(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于25℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于80kω，继电器接通负载电路，加热器工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于28℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于80kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到32℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在28℃～32℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
82.实施例20
83.室温下将30g氯化钾，10g羟丙基甲基纤维素，50.9gn,n-二乙基丙烯酰胺单体，0.3g n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺依次分散到100g通入过氩气除氧的去离子水中，搅拌得到均匀的混合液，再通入氩气除去其中的氧气；然后加入0.46g过硫酸铵并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，最后将反应液注射到模具中并密封，置于70℃下反应8小时，聚合得到温敏变色水凝胶；其拉伸强度为230kpa，断裂伸长率为500％。在箱体的内壁粘贴温敏变色水凝胶形成水凝胶箱体1；将光敏电阻紧贴在温敏水凝胶背向冷光源一侧表面与之结合组成温度-光强联合感应器件，将该器件与加热器(220v交流电)和继电器(12v直流电)连接，组成温度控制系统。当恒温控制箱内温度低于30℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值低于100kω，继
电器接通负载电路，加热器工作，恒温控制箱内温度升高；当恒温控制箱内温度高于35℃时，凝胶发白，变得不透明，光敏电阻阻值高于100kω，继电器断开负载电路，加热器停止工作，恒温控制箱内温度下降；当恒温控制箱内温度下降到30℃时，温敏水凝胶透明，光敏电阻阻值降低，加热器重新开始工作，恒温控制箱内温度又随之升高；如此往复循环，使恒温控制箱内温度内温度维持在30℃～35℃范围内，达到恒温的效果；在此，恒温控制箱内温度内温度升高后，不透明的温敏水凝胶会阻挡热辐射，减少恒温系统内部热量向外扩散，从而使恒温控制箱内温度下降减缓，因此减少了加热器的工作时间，达到节能的效果。
84.综上，本发明实施例引入具有可逆温敏相变性质的羟丙基甲基纤维素，得到相变程度随温度改变而逐渐加深的温敏性水凝胶，从而实现在环境温度和太阳光照变化的情况下，材料对能量的无级调节，更便利地满足实际需要。进一步地，将这种水凝胶材料与光敏电阻结合，并用于控制加热器，由水凝胶材料的相变状态来决定加热器的工作与否，当环境温度低至一定值时加热器才工作，温度升高后，凝胶变不透明，又可减少内部热量对外耗散，实现恒温；而温度较高时，不透明的水凝胶一方面可以阻断部分外界辐射热，另一方面其中的水能吸收大量的对流热和传导热，减少外界热量对系统的影响，不需再接制冷器即可达到降温效果，减少不必要的能耗，从而实现节能的功效。
85.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。