【摘 要】
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智能窗是一种有效的节能设备,其能够在消耗较低能源或不消耗能源的前提下实现对室外太阳光辐射的有效管理。热致变色智能窗是一类利用温敏性材料热致变色特性的智能窗,其能够实现温度变化下太阳光透过率的可逆变化,从而可逆调节太阳光辐射的通量。聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）水凝胶是一种典型的温敏性材料,其在32℃左右由于发生聚合物的亲疏水改变而产生的透过率的巨大变化使其非常适用于制备智能窗。但是,32
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智能窗是一种有效的节能设备,其能够在消耗较低能源或不消耗能源的前提下实现对室外太阳光辐射的有效管理。热致变色智能窗是一类利用温敏性材料热致变色特性的智能窗,其能够实现温度变化下太阳光透过率的可逆变化,从而可逆调节太阳光辐射的通量。聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）水凝胶是一种典型的温敏性材料,其在32℃左右由于发生聚合物的亲疏水改变而产生的透过率的巨大变化使其非常适用于制备智能窗。但是,32℃显然高于人体的适宜温度（25℃）。PNIPAm水凝胶在25℃～32℃之间无法有效调节太阳光辐射,不能实现全温度范围内太阳光辐射的有效管理,有必要对其进行改性,从而使其在25℃～32℃时也能够对太阳光辐射进行高效、快速的调控。本论文的研究目的即为基于PNIPAm水凝胶材料,研究开发两种电热双响应智能窗和一种光电热多响应智能窗,使PNIPAm基智能窗能够实现全温度范围下的太阳光辐射管理。本论文的具体研究内容主要包括以下三个部分:第一部分,我们利用银纳米线-聚对苯二甲酸乙二醇酯（Ag NW-PET）导电薄膜的电热性能补偿PNIPAm水凝胶在25℃～32℃时太阳光调制性能的不足。具体而言,Ag NW-PET薄膜具有优异的电热转换性能,将其制成双层电热模具并在两边用FTO导电玻璃通电,并在模具中注入PNIPAm前驱体溶液进行反应来形成Ag NW-PET/PNIPAm/Ag NW-PET多层智能窗设备,在温度低于25℃或高于32℃时,由于PNIPAm水凝胶能够实现自身的热致变色特性,不需要施加外加电压;当温度在25℃～32℃时,由于PNIPAm水凝胶不能够实现自身的热致变色特性,因此对智能窗设备施加电压使Ag NW-PET薄膜加热PNIPAm水凝胶来促使其主动变色。最终,实验结果表明,智能窗能够在较低施加电压下实现25℃～32℃下太阳光辐射的有效管理,并且施加5 V电压下,太阳光调制性能(ΔTsol)能够达到19.67%。第二部分,我们发现在第一部分仅用于导电的FTO导电玻璃同样具有优异的导电性能,因此尝试简化Ag NW-PET/PNIPAm/Ag NW-PET多层智能窗设备,直接利用FTO的电热转换性能补偿PNIPAm水凝胶在25℃～32℃时太阳光调制性能的不足。具体而言,将FTO玻璃直接制成双层电热模具,将PNIPAm前驱体溶液注入到模具中反应来形成FTO/PNIPAm/FTO三层智能窗设备。该智能窗的调变机制与上述Ag NW-PET/PNIPAm/Ag NW-PET多层智能窗的调制性能类似,仅将由Ag NW-PET电热转换驱动PNIPAm水凝胶变色简化为直接由FTO电热转换驱动PNIPAm水凝胶变色。最终,试验结果表明,该智能窗设备相比上述Ag NW-PET/PNIPAm/Ag NW-PET多层智能窗设备具有更加优异的太阳光辐射管理能力并且在施加5 V电压下,太阳光调制性能(ΔTsol)能够达到26.51%。第三部分,我们对第二部分中PNIPAm水凝胶进行了改性,在其中引入了能够改善PNIPAm柔顺性的聚丙烯酰胺（PAM）和具有局域表面等离子共振（LSPR）特性的氧化石墨烯（GO）,制备了一种FTO/PNIPAm-PAM/GO/FTO光电热多响应智能窗。该智能窗相比前两种智能窗而言,性能有较大提升,在4 V的施加电压下就能表现出响应迅速和太阳光调制性能的优点。综上所述,本论文围绕PNIPAm水凝胶,设计了两种电热多响应智能窗和一种光电热多响应智能窗设备,均表现出优异的应用潜力。
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