【摘 要】
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当今世界,能源问题是一个重点难点问题,在全球每年的能量消耗去向中,建筑能耗占据相当大的比例。温度响应的变色水凝胶会随着环境温度的变化而自发地调节透射率,将这种温敏性水凝胶应用于窗口以实现建筑节能,具有实际应用价值。但目前报道的基于水凝胶的智能窗在高调节能力、渐变式调节、高低温双向可控调节及多功能节能器件开发等方面仍有较大发展空间,本工作主要研究了升温响应、降温响应以及同时具备升温和降温双重响应的三
【基金项目】
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国家自然科学基金(51973066);
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当今世界,能源问题是一个重点难点问题,在全球每年的能量消耗去向中,建筑能耗占据相当大的比例。温度响应的变色水凝胶会随着环境温度的变化而自发地调节透射率,将这种温敏性水凝胶应用于窗口以实现建筑节能,具有实际应用价值。但目前报道的基于水凝胶的智能窗在高调节能力、渐变式调节、高低温双向可控调节及多功能节能器件开发等方面仍有较大发展空间,本工作主要研究了升温响应、降温响应以及同时具备升温和降温双重响应的三类温敏性水凝胶,探究其调光性质与温度的关系,考察相变机理,探索其在节能降温、保温及控温等方面的应用,开发了基于温敏性水凝胶的智能器件。本工作的主要内容如下:1.将温度响应的羟丙基甲基纤维素(HPMC)引入到聚丙烯酰胺(PAM)网络中,通过一锅法制备了升温诱导相分离的温敏水凝胶。该水凝胶在低温时透明,升温时透射率逐渐减小,在人体舒适的温度范围内(10°C~30°C)凝胶变为半透明至不透明,透射率调节量可达70%,断裂伸长率130%、拉伸强度100 k Pa,具有适当的力学性能。利用其透射率随温度改变的特性,我们开发了渐变式节能降温智能窗和智能控温器件。2.通过将阳离子单体N,N,N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵(MPTC)与阴离子单体甲基丙烯酸(MAA)和对苯乙烯磺酸钠(Na SS)共聚得到了降温诱导相分离的聚两性电解质水凝胶。在低温寒冷条件下(-15°C)其透射率很小,表现为白色不透明,升温后迅速增大,透射率调节量在90%以上;利用实验模型考察了其用于低温环境的节能保温效果。3.将两亲性三嵌段共聚物Pluronic与AM和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)的共聚交联网络有机结合,制备了降温和升温诱导相分离的双重温度响应水凝胶。其透射率在低温(<-5°C)和10°C以上时均较小,而在这之间很高,其对可见光、红外光和太阳光的透射率调节量分别可达80%、60%和70%,调光性能优异。该凝胶在低温时可有效阻止内部热量外散,在高温时可减少外部热量向内辐射,适于在宽温度范围内实现智能保温和降温。利用实验模型,我们成功实现了其作为节能保温和降温智能窗的应用。
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