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智能窗用二氧化钒基复合结构薄膜的制备及研究进展

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复合材料学报 2024年

作者：张新宇徐慧妍杨立凯王尚杨帅军蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院

二氧化钒(VO2)在68℃附近发生绝缘体-金属相转变，同时伴随着近红外光透射率突变，因此在智能节能窗领域具有巨大的应用潜力。近年来，关于VO2的制备方法、相变机制及改善光学性能方面取得了显著进展。然而，在实际应用中，VO2仍面临一... 详细信息

二氧化钒(VO2)在68℃附近发生绝缘体-金属相转变，同时伴随着近红外光透射率突变，因此在智能节能窗领域具有巨大的应用潜力。近年来，关于VO2的制备方法、相变机制及改善光学性能方面取得了显著进展。然而，在实际应用中，VO2仍面临一系列挑战，包括本征相变温度较高、可见光透过率(Tlum)较低、太阳能调节效率(△Tsol)不佳、耐候性差以及颜色舒适度较差（呈现棕黄色）。针对这些问题，国内外的研究者进行了大量研究，发现复合结构对改善VO2性能具有显著作用，对推进其实际应用具有重要意义。然而，目前关于VO2基复合结构的综述相对较少。本文概括了VO2基复合结构的制备方法以及在智能窗领域的性能研究进展，并对VO2基复合结构薄膜未来发展前景进行了展望。

关键词：二氧化钒热致变色智能窗复合结构

桥联氟代四苯基乙烯化合物的合成、发光和刺激响应性质

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高等学校化学学报 2024年第7期45卷 78-91页

作者：董一然李凤姣苗金玲聂永李天瑞许春月刘威刘广宁蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院济南250022 济南大学化学化工学院山东省氟化学化工材料重点实验室济南250022

通过四苯基乙烯甲醛与乙二胺的缩合反应及进一步还原和酸化,合成了桥联氟代双四苯基乙烯化合物,桥联基团分别为亚胺(化合物1和2)、相应的胺(化合物3和4)和季铵盐(化合物5和6)基团.氟代及不同的桥联基团和取代位置对产物的发光性质具有... 详细信息

通过四苯基乙烯甲醛与乙二胺的缩合反应及进一步还原和酸化,合成了桥联氟代双四苯基乙烯化合物,桥联基团分别为亚胺(化合物1和2)、相应的胺(化合物3和4)和季铵盐(化合物5和6)基团.氟代及不同的桥联基团和取代位置对产物的发光性质具有调控作用.亚胺桥联产物(化合物1和2)固体的发光波长与四苯基乙烯(TPE)母体基本相同,化合物2的发光量子产率(38%)比TPE(23%)高,表明桥联结合氟代策略可以精确保持TPE的发光波长并提高发光强度.研究了化合物1,2,5和6的力致发光变色性质以及化合物3和4的酸致发光变色性质.使用化合物3制作的试纸可以便捷地利用发光颜色区分盐酸、乙酸和三氟乙酸.本文结果表明,氟代-桥联策略可以通过参与分子内和分子间相互作用来调节TPE分子堆积和苯环的旋转,协同精确调控此类化合物的发光和刺激响应性质.

关键词：聚集诱导发光氟代桥联四苯基乙烯刺激响应

二氧化钒-荧光增白剂-有机聚合物三层多功能复合薄膜

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复合材料学报 2022年第8期39卷 3828-3844页

作者：高迎秦成远聂永呼啸徐慧妍苗金玲蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院济南250002 济南大学化学化工学院济南250002

二氧化钒(VO_(2))是一种典型的热致变色材料,用于智能窗可有效降低建筑能耗。然而,VO_(2)智能玻璃的颜色和稳定性问题限制了其大规模应用。本文报道一种VO_(2)基三层荧光复合膜,包括VO_(2)@SiO_(2)热致变色层、荧光增白剂分子层和有机... 详细信息

二氧化钒(VO_(2))是一种典型的热致变色材料,用于智能窗可有效降低建筑能耗。然而,VO_(2)智能玻璃的颜色和稳定性问题限制了其大规模应用。本文报道一种VO_(2)基三层荧光复合膜,包括VO_(2)@SiO_(2)热致变色层、荧光增白剂分子层和有机聚合物层。VO_(2)@SiO_(2)层可根据外界温度变化,调控太阳光的摄入量,起到冬暖夏凉的作用,其核壳结构有利于提高VO_(2)的稳定性;荧光分子层在太阳光照射下,吸收紫外光,发射蓝色荧光,从而改善VO_(2)涂层固有的棕黄色;有机聚合物层作为最上层,能有效保护下层的VO_(2)@SiO_(2)层和中间的荧光分子层,增加复合薄膜的稳定性。与纯VO_(2)膜相比,这种复合膜不但保持了较高的可见光透过率和太阳光调制能力,而且在太阳光下颜色可逆地从棕黄色变为蓝色,同时稳定性和紫外阻隔能力明显提升,有利于VO_(2)基智能窗的推广和应用。

关键词：二氧化钒复合薄膜智能玻璃荧光增白剂聚合物

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热致变色过渡金属配合物的变色机理及应用

材料导报 2023年第4期37卷 179-189页

作者：李良赵修贤王彬彬杨帅军聂永蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院济南250022

社会的智能化是未来发展的必然趋势。智能材料作为智能化变革的基础,成为了近几年研究的热点。热致变色材料是一种智能变色材料,可以随着外界温度的改变发生颜色变化,被广泛应用于智能窗、温度传感、防伪、智能纺织、变色涂料等领域。... 详细信息

社会的智能化是未来发展的必然趋势。智能材料作为智能化变革的基础,成为了近几年研究的热点。热致变色材料是一种智能变色材料,可以随着外界温度的改变发生颜色变化,被广泛应用于智能窗、温度传感、防伪、智能纺织、变色涂料等领域。热致变色材料的种类繁多,其中过渡金属配合物热致变色材料通常变色温度较低、变色现象明显并且拥有较独特的电子传递特性,具有良好的应用前景,受到了研究者的广泛关注。在热致变色过渡金属配合物发展初期,科学家们主要研究的是配合物的结构和变色机理,关于配合物应用方面的研究很少,这主要是由于热致变色过渡金属配合物自身具有缺陷(如摩尔吸光系数低、变色需要溶剂等)。在最近十几年,科学家们通过各种方法手段增加热致变色过渡金属配合物的实用性,例如使用离子液、新型配体以及与其他功能材料复合等手段,使热致变色过渡金属配合物在各个领域的应用都取得了很大进展,但相关综述还较少。只有掌握热致变色材料的变色机理,才能更好地设计符合不同应用场景的热致变色材料,本文首先对热致变色过渡金属配合物的变色机理进行介绍,常见变色机理包括构型变化、配体改变、自旋交叉,然后归纳总结了最近几年热致变色过渡金属配合物在温度传感器、智能窗等领域中应用的研究进展,最后对其相关领域未来的研究方向进行了展望。

关键词：智能材料热致变色过渡金属配合物温度传感器

二氧化钒-聚二乙炔热致变色复合薄膜及其调光性能

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复合材料学报 2023年第6期40卷 3417-3427页

作者：王彬彬高阳杨帅军徐慧妍聂永蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院济南250022 济南大学材料科学与工程学院济南250022

热致相变二氧化钒(VO_(2))具有良好的近红外光调制能力,被广泛应用于智能窗领域,但在实际应用中VO_(2)基智能窗仍面临诸多挑战,其中VO_(2)薄膜不太美观的棕黄色及相变前后无可视的颜色变化是限制其应用的重要因素。为解决上述问题,本文... 详细信息

热致相变二氧化钒(VO_(2))具有良好的近红外光调制能力,被广泛应用于智能窗领域,但在实际应用中VO_(2)基智能窗仍面临诸多挑战,其中VO_(2)薄膜不太美观的棕黄色及相变前后无可视的颜色变化是限制其应用的重要因素。为解决上述问题,本文将具有可逆颜色变化(由蓝到红)的聚二乙炔(PDA-1)与VO_(2)复合,成功制备了具有双层结构的多功能复合薄膜,该复合薄膜中PDA-1可改善薄膜颜色,并起到指示变色效果,VO_(2)可调节近红外光透过率,起到调温作用;所得复合薄膜不仅表现出较易接受的灰蓝色,还表现出良好的调光性能(太阳光调制能力ΔTsol=7.64%,低温下可见光透射率Tl,lum=56.23%,高温下可见光透射率Th,lum=62.37%)。此外,PDA-1的变色温度与单斜相VO_(2)的相变温度(~68℃)接近,随着温度升高,复合薄膜在调节近红外光透过率的同时,其外观颜色可由灰蓝色变为红色,有利于智能窗自动调温功能的直观展示及进一步推广和应用。

关键词：聚二乙炔二氧化钒热致变色复合薄膜智能窗

VO_(2)@PMMA微胶囊的原位制备及其热致变色涂层性能

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复合材料学报 2023年第8期40卷 4587-4600页

作者：呼啸李文婷付勍玮徐慧妍聂永杨帅军蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院济南250022 济南大学材料科学与工程学院济南250022

M相二氧化钒(VO_(2)(M))能够响应外界温度变化而改变红外波段透过率,成为热致变色智能窗涂层的首选材料。球磨法工艺设备简单、易于操作、反应时间短、无废液产生,适合工业化生产,但球磨VO_(2)稳定性差、易团聚在实际应用中面临重大挑... 详细信息

M相二氧化钒(VO_(2)(M))能够响应外界温度变化而改变红外波段透过率,成为热致变色智能窗涂层的首选材料。球磨法工艺设备简单、易于操作、反应时间短、无废液产生,适合工业化生产,但球磨VO_(2)稳定性差、易团聚在实际应用中面临重大挑战。本文基于原位聚合法制备了二氧化钒@聚甲基丙烯酸甲酯(VO_(2)@PMMA)微胶囊并辊涂构建热致变色涂层。甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体在球磨法制备的VO_(2)颗粒表面通过共价键原位聚合得到尺寸均匀、耐酸抗氧化能力强的VO_(2)@PMMA微胶囊。VO_(2)@PMMA热致变色涂层不仅具有良好的抗酸和抗氧化能力,而且可见光透过率(T_(lum))为77.89%时涂层的太阳光调制能力(ΔT_(sol))高达10.12%,具有优异的光学性质,满足智能窗的应用需求。

关键词：二氧化钒聚甲基丙烯酸甲酯原位聚合球磨法稳定性分散性智能窗

多核稀土离子掺杂有机配合物转光剂的制备与应用

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复合材料学报 2023年第4期40卷 2131-2139页

作者：周明明刘威杨成祥赵修贤杨震路翔翔蒋绪川济南大学智能材料与工程研究院济南250022 济南大学材料科学与工程学院济南250022

为加快实现农业新旧动能转换,建设现代农业强国,转光农膜一直被作为“光学农业”领域的重要研究方向之一。转光农膜的制备需要具有良好耐候性和优异转光特性的转光剂,但是现有的转光剂存在发射光谱单一和发射范围窄的问题,这导致转光剂... 详细信息

为加快实现农业新旧动能转换,建设现代农业强国,转光农膜一直被作为“光学农业”领域的重要研究方向之一。转光农膜的制备需要具有良好耐候性和优异转光特性的转光剂,但是现有的转光剂存在发射光谱单一和发射范围窄的问题,这导致转光剂的发射光谱与植物光合作用吸收光谱匹配度较差,严重限制了转光农膜的发展。本文合成了一类以水杨酸和邻菲啰啉为配体、多种稀土离子(Sm^(3+)、Eu^(3+)和Y^(3+))掺杂的有机配合物(转光剂)发光材料。数据表明,通过Sm^(3+)的掺入显著拓宽了该类转光剂的荧光光谱。利用吹塑法将合成的转光剂掺入乙烯-1-己烯共聚物(PO)薄膜中,制备了具有紫外光转红光作用的转光农膜。采用FTIR和XPS确定转光剂的成分和结构组成。同时利用TGA55和组合式瞬态/稳态荧光光谱仪(FLS920)对转光剂和转光农膜的热稳定性和光学性质进行表征。测试结果表明,合成的转光剂可以吸收紫外光(波长λ=250~400 nm)并发射出红光(λ=610~660 nm),该光谱性质与植物光合作用在红光区的吸收光谱匹配性较高,并且利用该类转光剂制备的转光农膜仍旧保持了良好的发光性能,这将有利于转光剂在农膜领域中的推广和应用。本文为拓宽转光剂荧光发射范围,提高与植物光合作用在红光波段吸收光谱的匹配度,提供了一种切实可行的方法,并将转光剂成功应用于制备转光农膜,达到了较好的紫外转红光的目的。

关键词：稀土有机配合物转光剂转光农膜光学性质热稳定性

VO@PMMA微胶囊的原位制备及其热致变色涂层性能

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复合材料学报 2022年

作者：呼啸李文婷付勍玮徐慧妍聂永杨帅军蒋绪川济南大学材料科学与工程学院济南大学智能材料与工程研究院

M相二氧化钒(VO(M))能够响应外界温度变化而改变红外波段透过率，成为热致变色智能窗涂层的首选材料。球磨法工艺设备简单，易于操作，反应时间短，无废液产生适合工业化生产，但球磨VO稳定性差、易团聚在实际应用中面临重大挑战。本文...

M相二氧化钒(VO(M))能够响应外界温度变化而改变红外波段透过率，成为热致变色智能窗涂层的首选材料。球磨法工艺设备简单，易于操作，反应时间短，无废液产生适合工业化生产，但球磨VO稳定性差、易团聚在实际应用中面临重大挑战。本文基于原位聚合法制备了二氧化钒@聚甲基丙烯酸甲酯微胶囊(VO@PMMA微胶囊)并辊涂构建热致变色涂层。MMA单体在球磨法制备的VO颗粒表面通过共价键原位聚合得到尺寸均匀、耐酸抗氧化能力强的VO@PMMA微胶囊。VO@PMMA热致变色涂层不仅具有良好的抗酸和抗氧化能力，而且可见光透过率为77.89%时涂层的太阳光调制能力高达10.12%，具有优异的光学性质，满足智能窗的应用需求。

关键词：

双核胺亚胺铝配合物的合成、结构及其在ε-己内酯开环聚合中的应用

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精细化工 2023年第2期40卷 316-321,342页

作者：高爱红赵修贤游淇刘晓磊姚伟蒋绪川济南大学水利与环境学院山东济南250022 青岛科技大学山东化工研究院山东济南250014 济南大学材料科学与工程学院山东济南250022

利用四齿胺亚胺配体(1R,2R)-[(NHAr)C6H4CH==N]2C6H10(Ⅱ:Ar=苯基,Ⅲ:Ar=2,6-二甲基苯基)与三甲基铝反应得到了双核胺亚胺铝配合物(Ⅳ、Ⅴ)。利用1HNMR、13CNMR和X射线单晶衍射仪对配合物Ⅳ、Ⅴ结构进行了表征。通过Ⅳ、Ⅴ在苄醇(Bn OH... 详细信息

利用四齿胺亚胺配体(1R,2R)-[(NHAr)C6H4CH==N]2C6H10(Ⅱ:Ar=苯基,Ⅲ:Ar=2,6-二甲基苯基)与三甲基铝反应得到了双核胺亚胺铝配合物(Ⅳ、Ⅴ)。利用1HNMR、13CNMR和X射线单晶衍射仪对配合物Ⅳ、Ⅴ结构进行了表征。通过Ⅳ、Ⅴ在苄醇(Bn OH)的存在下催化ε-己内酯开环聚合制备聚己内酯,并对反应条件进行了优化。结果表明,配合物Ⅳ、Ⅴ具有单配体双金属中心结构,当n(ε-己内酯)∶n(BnOH)∶n(Ⅳ或Ⅴ)=200∶4∶1时,在1.5 min内ε-己内酯转化率>97%,Ⅳ和Ⅴ的转化频率分别为7840、9700 h^(–1),远高于乙基桥联双核胺亚胺铝配合物(1152 h^(–1))和单核胺亚胺铝配合物(2550 h^(–1));得到的聚合物相对分子质量可控,聚合反应具有活性聚合的特点。

关键词：催化剂铝配合物 ε-己内酯开环聚合胺-亚胺配体催化技术