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我院在VO2基智能窗方面的研究取得系列进展

发布日期:2023年03月22日 14:49    作者:     来源:55net必赢     点击:

一步水热制备具有低温相变性能的VO2(M)纳米颗粒

近年来,具有特殊涂层的智能窗可以通过响应外部刺激(光、热、电)智能调节太阳辐射中的紫外线、可见光以及近红外,引起了科学家的广泛关注。VO2(M)作为一种被广泛研究的热致变色材料,在68 oC的临界温度(TC)下,具有从绝缘相(单斜M,P21/c)到金属相(金红石R,P42/mnm)的可逆相变,随着相态的变化,VO2表现出明显的近红外透过率差异,因此特别适合于节能智能窗的应用。然而,由于钒离子的多重价态(V5+、V4+、V3+等)以及VO2的多相特性(A相、B相、D相、P相、M相等),使得VO2(M)难以制备。同时,分散于有机聚合物基质中的VO2(M)需要具有较小尺寸(< 40 nm)以及较高的结晶度,才能保证制备的薄膜具有优异的光学性能(ΔTsol > 10%,Tlum > 50%)。

近期,蒋绪川教授课题组在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“One-step hydrothermal synthesis of monoclinic vanadium dioxide nanoparticles with low phase transition temperature”的研究工作。该工作通过高压反应釜装置系统研究温度、时间和反应物摩尔比VO2相态及性能的影响通过原位/非原位表征结合密度泛函理论计算揭示了N2H4在反应过程中既作为还原剂(V5+→V4+)又作为结构导向剂(VO2(A)纳米棒 VO2(M)球形纳米颗粒),同时证实了N2H4有利于氧空位的形成。通过UV-Vis-NIR测试了VO2(M)/PVB薄膜的光学性能,当Tlum = 43.4%时,ΔTsol = 17.3%,接近于理论Tlum = 32.4%ΔTsol = 23.7%)。

第一作者:赵修贤

通讯作者:蒋绪川*,姚伟*,胡日茗*

原文链接https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137308




热致变色VO2/[(C2H5)2NH2]2NiBr4@SiO2复合薄膜的构建及其在

智能窗中的应用研究


提高VO2基薄膜的光学性能,改变薄膜的颜色,对VO2基智能窗的推广和使用具有重要意义。由于VO2的金属态和半导体态在短波范围内(λ ~ 500 nm)存在带内和带间的强吸收,导致VO2基薄膜为棕黄色,用户体验差。为了解决这一问题,蒋绪川教授课题组创新性地制备了热致变色的[(C2H5)2NH2]2NiBr4@SiO2纳米微球,并在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为Thermochromic composite film of VO2 nanoparticles and [(C2H5)2NH2]2NiBr4@SiO2 nanospheres for smart window applications的研究工作。该纳米微球具有从低温白色到高温蓝色可逆相变的特性,并且SiO2壳层能有效抑制[(C2H5)2NH2]2NiBr4的潮解,密度泛函理论计算表明SiO2可以通过O-H键与配合物结合,促进配合物的电荷转移,从而提高配合物的稳定性。此外,将[(C2H5)2NH2]2NiBr4@SiO2与VO2结合制备的复合薄膜可有效改变VO2基薄膜的颜色(黄色↔绿色),并且该复合薄膜在高温下对可见光的吸收与视敏函数的极值交错,有效降低了其对可见光透过率的损失,而其对太阳光的调制能力依然维持较高水准(ΔTsol = 25.7%)。

第一作者:赵修贤

通讯作者:蒋绪川*,胡日茗*

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141715




光/热响应型VO2基复合薄膜的构建及其光学性能研究


蒋绪川教授课题组将光致变色的螺吡喃分子与VO2结合制备的异质复合膜表现出优异的光学性能,在国际知名期刊Journal of Applied Physics上发表题为VO2-based composite films with exemplary thermochromic and photochromic performance的研究工作。该异质复合膜经太阳光照射后,颜色从黄色到粉色可逆变化,其对太阳光的调制能力相比于VO2薄膜提高了2.1倍(从8.1%到16.8%),而通过改变VO2与螺吡喃的含量还可以实现对薄膜光学性能的可控调节。

第一作者:赵修贤

通讯作者:蒋绪川*,姚伟*

原文链接:https://doi.org/10.1063/5.0015382




VO2@polymer核-壳结构的制备及性能研究


VO2不稳定,在空气中容易被氧化为V2O5,从而失去对太阳光的调制能力。另外,VO2纳米颗粒与有机聚合物基质复合时的相容性差,导致VO2与聚合物基质界面之间产生间隙,从而影响薄膜的使用寿命。为了解决上述问题,蒋绪川教授课题组通过“Grafting to”的方法,创新性地制备了VO2@PMMA-b-PHFBMA纳米复合材料,并在国际知名期刊Sustainable Materials and Technologies上发表题为Combining reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization and thiol-ene click reaction for application of core-shell structured VO2@polymer nanoparticles to smart window的研究工作。提高了VO2的抗氧化性,并增强了VO2与有机聚合物基质的相容性。此外,通过可逆加成断裂链转移聚合制备了具有光致变色及疏水功能的PMMA-b-PHFBMA-b-PSPA,通过制备多层复合膜,不但改变了VO2基薄膜的颜色,还提高了其对太阳光的调制能力(从12.4%20.3%)。

第一作者:赵修贤

通讯作者:蒋绪川*,姚伟*

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.susmat.2022.e00420




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