Chem. Eur. J. :基于聚合物稳定液晶的环境自适应智能窗的研究

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北京化工大学郭金宝课题组利用掺杂二氰基二芳基乙烯类手性光开关的聚合物稳定液晶膜制备了环境自适应型智能窗,通过光/热、电场的刺激可使智能窗在透明态和散射态之间动态切换,减少房屋制冷所需能源的同时还可以满足人们多样化的生活需求。


智能窗可以在日照强烈时由透明态变为不透明态,将大部分太阳光散射,从而起到降低房屋温度、提供舒适居住环境的作用。由于光是一种绿色能源,光驱动的智能窗更符合节能减排的需求。目前基于偶氮苯类光开关制备的智能窗已经取得了长足的发展,然而由于偶氮苯自身的热弛豫会使智能窗的雾度随时间的增加而下降,如何开发具有双稳态的智能窗成为了一个挑战。同时,单一调控无法满足人们多样化的需求,本工作旨在开发一种具有双稳态、多重调制的环境自适应智能窗。


通过将右旋的switch和左旋的静态手性剂S811共掺杂在聚合物稳定液晶(PSLC)中,精确调控二者的比例使cis-switch的HTP值与S811的HTP值正好抵消,此时PSLC膜呈现透明态,可以透过大部分太阳光;当薄膜受到紫外光辐照后,由于switch经历了cis至trans的异构化,HTP值增加,诱导液晶分子形成了螺旋排列的胆甾相结构,并在垂直盒中发生了各向同性态-焦锥态的相变,使PSLC膜由透明态变成强烈散射态,透射率急剧减小至24.2%。太阳光入射时除了强烈的紫外线还伴随温度的上升,在光和热的协同作用下,PSLC膜的透射率可进一步降低3.8%。此外,PSLC膜还可以通过很小的电场强度在透明态和散射态之间可逆切换。switch 6在室温下是热稳定的,其散射态的雾度不会随着时间的推移而减弱。



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图1. (a)switch/S811共掺杂的PSLC膜用于环境自适应型智能窗;(b)PSLC膜的光/热调控原理;(c)通过光/热调控PSLC膜的透射率变化;(d)通过电场调控PSLC膜的透射率变化。

这种多重调制的PSLC膜在环境自适应智能窗领域拥有巨大的潜力。图2模拟了智能窗一天的工作模式:清晨智能窗处于透明状态,便于透过更多的太阳光用来室内照明;当中午太阳辐照强烈时,智能窗自发地从透明态变为散射态,减少入射太阳光来降低室内温度;当傍晚太阳落山后,室内照明灯开启,在可见光的辐照下智能窗由散射态再次转变为透明态。此外,智能窗的散射态可以通过电场手动调整为透明态,满足人们在阳光明媚的天气欣赏室外美景的需求。

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图2.一天内环境自适应型智能窗工作模式的演示和真实图像。(ⅰ)-(ⅲ)自发光调控;(ⅳ)-(ⅴ)手动电场调控。

文信息

Polymer-Stabilized Liquid Crystal Films Containing Dithienyldicyanoethene-Based Chiral Photoswitch: Multi-Modulation for Environment-Adaptative Smart Windows

Siyang Lin, Yiyu Zhang, Dekang Guo, Prof. Chunfeng Song, Prof. Jinbao Guo


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202300993




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