搜索:  
广工高粱课题组 Adv. Mater.: 基于聚乙烯醇缩醛相变液体的全季节非对称热致变色窗
2025-06-03  来源:高分子科技

  广东工业大学高粱副教授课题组在《Advanced Materials》发表了关于全季节热致变色窗的研究成果,提出了一种基于聚乙烯醇缩醛(PVP)相变液体的不对称窗结构(PLA窗),为建筑光热调控提供了新的科学解决方案。


一、相变液体的科学设计与制备


  研究利用聚乙烯醇(PVA)与丙醛的缩醛化反应,构建了具有自报告特性的PVP相变液体合成体系:



  • 温度响应机制:通过设定缩醛化反应温度(10-70°C),体系在达到临界缩醛度(AD)时发生透明-浑浊相转变,相变温度(Tc)与反应温度严格对应,实现了Tc的可预测调控。该过程通过动态监测相分离行为(如透射率变化)精准终止反应,避免了传统方法的试错性调整。


  • 抗冻性能的化学基础:原位掺杂溴化钠(NaBr)作为分散剂,通过破坏水分子氢键网络,使PVP液体在-15°C下保持液态,解决了传统水基材料的低温冻结问题,相关机制通过红外光谱和冰点降低实验验证。


  • 绿色合成工艺:采用零排放一锅法,副产物丙醛通过减压蒸馏回收(残留量<9 ppm),较传统聚合物合成减少80%以上溶剂消耗,符合绿色化学原则。


二、不对称结构的光热调控机制


  PLA窗由透明玻璃-PVP液体-低辐射(Low-E)玻璃构成,通过界面物理特性实现定向光热管理:



  • 夏季冷却模式TTc):PVP液体浑浊态的微米级相分离结构(粒径>1000 μm)散射太阳辐射,近红外(NIR)透过率从52.1%降至4.8%,净冷却功率达246.5 W/m2,对应建筑负荷降低32%


  • 冬季保温模式TTc):透明态PVP液体吸收NIR(吸收率87%)并通过Low-E层反射长波红外(LWIR),室内热辐射损失减少58%,净加热功率113.9 W/m2,经傅里叶红外光谱证实其辐射率达85%


  • 动态响应特性:相变过程热滞后宽度<5°C,响应时间与颗粒生长动力学匹配,符合一阶相变理论模型。


三、材料性能的科学验证



  • 耐久性测试:经过1000-15°C40°C热循环和等效8年紫外辐射(1500 W/m2),PVP液体的相变温度漂移<2°C,透射率衰减<5%,证明了化学结构的稳定性。


  • 普适性分析:通过Flory-Huggins相互作用参数(χeff)关联缩醛度与相分离行为,建立了χ与反应时间、温度的定量关系(Scr=exp[0.841×ln(D×(F(Tc,t)-1)+3)]),为不同气候区定制化设计提供了理论基础。


  • 节能模型:基于气候数据库的动态模拟显示,在广州、北京等典型气候区,PLA窗年节能达217-325 MJ/m2,较传统Low-E玻璃提升25%-40%,该数据通过建筑热平衡方程验证。


四、科学意义与局限


  该研究突破了传统热致变色材料在温度可调范围、低温稳定性和合成可控性的瓶颈,建立了反应条件-分子结构-宏观性能的直接关联。然而,目前PVP液体在高湿度环境下的长期密封性、大面积制备时的颗粒均匀性等问题仍需进一步研究。未来可通过纳米颗粒分散技术或复合涂层优化,提升其工程适用性。


  这项工作为智能建筑材料提供了新的研究范式,其核心价值在于通过化学合成的精准控制实现功能的可设计性,为后续热响应材料的发展奠定了科学基础。


  论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504208

版权与免责声明:中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn,并请注明出处。
(责任编辑:xu)
】【打印】【关闭

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯
更多>>科教新闻