根据光线强度自动调节透光率的窗帘布料的研究和制备

根据光线强度自动调节透光率的窗帘布料的研究和制备根据搜集到的相关文献和有关知识，基本形成了两个可行的方案。方案一运用光致变色材料制成的涂料附着在布料的表面，或在制备纤维时加入光致变色材料。方案二将新型液晶材料附着于布料表面，运用电路和控制技术制成调光产品。比较两个方案：方案二需要花费电能，需要后期维护，且功能和原理类似于雾化玻璃；方案一基本上一劳永逸，制备相对简朴。比较之下，方案一更具有研究和实用价值。光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸取峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。光致变色材料分为有机光致变色化合物和无机光致变色化合物。将光致变色材料制成涂料附着在织物上，或在制备纤维时加入光致变色材料经纺织制成具有自动调光功能的产品。当太阳光照射到窗帘上时，窗帘表面的光致变色材料发生化学反映，改变对光的吸取峰值，从而达成自动调节透光率的目的。收集资料1光致变色材料简介光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生光致变色材料（一）变化，从而导致其对光的吸取峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。人类发现光致变色现象已有一百数年的历史。第一个成功的商业应用始于20世纪60年代，美国的Corning工作室的两位材料学家Amistead和Stooky一方面发现了含卤化银(AgX）玻璃的可逆光致变色性能[4]，随后人们对其机理和应用作了大量研究并开发出变色眼镜。但由于其较高的成本及复杂的加工技术，不适于制作大面积光色玻璃，限制了其在建筑领域的商业应用。此后AgX光致变色的应用重心转向了价格便宜且质量较轻的聚合物基材料，而各种新型光致变色材料的性能及其应用也开始了系统研究。2光致变色材料原理不同类型的光致变色材料具有不同的变色机理，特别是无机光致变色材料的变色机理与有机材料有明显的区别。光致变色材料典型无机体系的光致变色效应随着着可逆的氧化-还原反映，如WO3为半导体材料，其变色机理可用1975年由Faughnan提出的双电荷注入/抽出模型解释，即在紫外光照射下，价带中电子被激发到导带中，产生电子空穴对，随后光生电子被W(VI）捕获，生成W(V），同时光生空穴氧化薄膜内部或表面的还原物种，生成质子H+，注入薄膜内部，与被还原的氧化物结合生成蓝色的钨青铜HxWO3，该蓝色是由于W(V）价带中电子向W(VI）导带跃迁的结果。另一种变色机理是Schirmer等在1980年所提出的小极化子模型，他们认为，光谱吸取是由于不等价的2个钨原子之间的极化子跃迁所产生，即注入电子被局域在W(V）位置上，并对周边的晶格产生极化作用，形成小极化子。入射光子被这些极化子吸取，从一种状态变到另一种状态，可简略表达如下：WA(V)-O-WB(VI）→WA(VI)-O-WB(V)由于上述变化不会引起材料晶体结构的破坏，因此典型无机材料的光致变色效应具有良好的可逆性和耐疲劳性能。有机体系的光致变色也往往随着着许多与光化学反映有关的过程同时发生，从而导致分子结构的某种改变，其反映方式重要涉及：价键异构、顺反异构、键断裂、聚合作用、氧化-还原、周环反映等。以偶氮化合物为例，其光致变色效应基于分子中偶氮基-N=N-的顺-反异构反映，通常偶氮化合物顺-反异构体有不同的吸取峰，虽两者一般差值不大，但摩尔消光系数往往相差很大，此外，偶氮化合物尚有明显的光偏振效应，即光致变色效果与光的偏振态有关。生物光致变色材料如细菌视紫红质等的感光效应也属于这一类反映机制。由于无机半导体光致变色材料的光生电子空穴对有很强的氧化-还原性能，因此可以通过与有机染料复合来增强其光致变色效应。当WO3与某种无色的还原态染料隐色体混合时，则在光照下染料隐色体的电子可被激发并向前者的导带中注入电子，该光致氧化-还原反映的发生可在形成蓝色钨青铜HxWO3的同时，生成摩尔消光系数很高的有色染料。这种有机-无机复合光致变色器件不仅可以大大提高体系的光敏度，扩充光致变色材料的种类和颜色范围，并且有助于充足运用太阳光中极为丰富的可见光谱能量来激发光致变色效果。3光致变色材料分类1、有机光致变色化合物有机光致变色材料种类繁多，反映机理也不尽相同，重要涉及：①键的异裂，如螺毗喃、螺唔嗓等；②键的均裂，如六苯基双咪哇等；③电子转移互变异构，如水杨醛缩苯胺类化合物等；④顺反异构，如周蔡靛兰类染料、偶氮化合物等；⑤氧化还原反映，如稠环芳香化合物、哗嗓类等；⑥周环化反映，如俘精酸配类、二芳基乙烯类等。下面介绍几种重要的有机类光致变色化合物。光致变色材料(l）螺毗喃类：螺毗喃是有机光致变色材料中研究和应用最早、最广泛的体系之一，在紫外光照射下，无色螺毗喃结构中的C一O键断裂开环，分子局部发生旋转且与叫噪形成一个共平面的部花青结构而显色，吸取光谱相应红移。在可见光或热的作用下，开环体又能回复到螺环结构。C一O键的断裂时间处在皮秒级，变色速度极快。但是部花青在室温下存放几分钟至几小时就会自动转化为无色的螺环结构，此外，在叮逆过程中会发生光化学副反映，从而影响可逆转化的循环次数，这些局限性限制r螺毗喃在光分子开关方面的应用。（2）俘精酸醉类：俘精酸醉是芳取代的二亚甲基丁二酸配类化合物的统称，是最早被合成的有机光致变色化合物之一。1999年，Kiji等报道了通过1，4一双杂环取代的丁炔一1，4-二醇的碳基化的方法来合成双杂环俘精酸醉化合物。反映以Pd为催化剂，在高温高压下进行。该方法开辟了一条合成双杂环俘精酸配的新途径，但合成条件苛刻，难以推广。闻起强等困初次报道了通过两步传统的Stobbe缩合反映合成双峡喃俘精酸酥化合物。其所得结果与Kiii报道的不同之处在于：K巧i方法所得的双杂环俘精酸醉化合物的结构为22式，而同起强等合成的双吠喃俘精酸酥化合物的结构为EE式，两个反映中心的距离分别是0.3394nm和0.34O6nm，有助于光致变色周环化反映的发生。此目的产物和成色体的最大吸取峰分别为368nm和489nln，在一定的实验条件下仅观测到成色体和开环体之间的转化，这预示着此化合物也许具有良好的抗疲劳性能。（3）二芳基乙烯类：二芳基乙烯类具有非常好的热稳定性、化学稳定性以及优良的灵敏度和抗疲劳性，其研究正受到国内外材料工作者越来越多的关注。（4）偶氮苯类：偶氮苯类化合物光致变色性能良好，并其有超高存储密度和非破坏性信息读出等特点一’7}，其光致变色原理见图7。偶氮苯类化合物的变色机理是由于具有一N一N一、形成顺反异构结构所引起的。光或热的作用可使顺式和反式偶氮苯之间发生转化，反式结构一般比顺式结构稳定。热作川下的顺反异构反映通常是从顺式到反式，但在光作用下两种异构方向都能进行。2、无机光致变色化合物（1）过渡金属氧化物：这类物质重要有WO3、、MoO3、TiO2等。W03只氧化钨作为一种重要的无机光致变色材料，具有稳定性好、成本低等优点，但其光致变色效率较低。近来，解仁国等冲’J报道了一种新型的w()3/Zn（）纳米粒子复合体系，结果表白，当Zn（）质量分数为2%时，与W（）：相比，此体系的光致变色效率提高了200倍，其变色机理为：Zn（）的光生电子通过界面转移至W()3，同时W仆产生的一些空穴将迁移到Zn（〕的价带上，并最终转移到表面被HZC:0；等捕获，这样光生电子和空穴就可以被更有效地分离，转移至W():1的电子最终被其表面态所捕获，产生长波区的吸取，从而导致WO：发生变色。（2）金属卤化物：金属卤化物具有一定的光致变色性.如碘化钙和碘化汞混合晶体、氯化铜、氯化锅、氯化银等。当照射掺有La、Ce、Gd或Tb的氟化钙时，会发生稀土杂质的光谱特性吸取，其变色机理是金属离子变价。如掺Ce的氟化钙晶体会产生晶格缺陷，使无色的Ce3+变为粉红色的缺陷。3）稀土配合物：目前对稀土配合物光致变色的研究较少。1978年，俄国学者1一G.Keneva等报道了稀土离子与梭酸、邻菲咯琳的水溶液具有可逆的光化学反映，其后，又有一些科研工作者对这方面的工作进行了进一步的研究。近来，郑向军等研究了斓系元素一N，N一二（2一氧毗咯一l一甲基）甘氨酸（MPG）一邻菲咯琳（phen）三元配合物体系水溶液的光致变色性质。太阳光或汞灯照射下溶液由黄色转变成绿色，而在避光处保存时，绿色褪去变成黄色溶液。这个体系变色的响应时间和颜色的深浅与光的强度、光照时间以及溶液的pH值有关。光照强度增大，光照时间延长，体系变色快，颜色深。pH值较高时，体系变色深；而pH值较低时，体系几乎不变色；但过高的pH值会导致斓系离子以氢氧化物沉淀的形式析出。有关此三元配合物的变色机理有待进一步的研究。4日本科学家运用光致变色材料研制出变色太阳眼镜研究人员开发出了一种新材料，当其暴露在紫外（UV）线下时，可以几乎在瞬间从透明变为深蓝色，而一旦避开紫外线，这种材料的颜色又可以迅速复原为透明。这是一类被称为光致变色材料的新成果，它可以在光学数据储存以及超酷太阳眼镜加工上发挥重要作用。十数年前，日本青山学院大学的化学工程师JiroAbe和同事便开始研究光致变色材料——特别是一种源自名为hexaarylbiimidazole（HABI）的化合物的材料——的光敏特性。在最初的原始阶段，HABI是无色的，但是当紫外线打破分子间的一个化学键后，HABI便会显现出深蓝色。然而一个重要的问题是，这种色彩转化的时间需要几十秒钟甚至更长，因此，HABI的商业应用仅仅局限于那些缓慢变色的太阳眼镜。当Abe的研究小组通过模拟和实验室实验开始分析HABI的化学结构时，他们发现，在向这种化合物中加入萘后，这种颜色的转化可以在瞬间被加速至180毫秒。用一种名为环芳的化合物取代萘，可以更进一步加快从透明向蓝色的转化——减至大约30毫秒。Abe和同事在最新一期出版的《美国化学会志》上报告说，当紫外线光源被遮蔽后，环芳版本的HABI可以以同样快的速度恢复到最初的无色状态。并且这种化合物是非常稳定的——这种反映可以被反复数千次。假如加入树脂玻璃或其他透镜原料，改良版本的HABI可以使太阳眼镜在阳光下瞬间变暗，并且在佩戴者进入室内后以同样快的速度变得透明。HABI的特性同时使其成为新一代光学数据储存设备的最佳选择——它的颜色开/关能力将可以取代今天电子数据储存设备的磁性开/关转换。美国滕比市亚利桑那州立大学的化学家DevensGust表达，由Abe和同事完毕的这种新版本的HABI展现了“非凡的稳定性和迅速的转化能力”。Gust指出，这些特性正是其他光致变色材料所不具有的，因此这种化合物的研制成功向着将其应用于数据的解决与储存“迈出了重要一步”。5光致变色材料光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射时，可发生光化学反映得到产物B，A和B的颜色（即对光的吸取）明显不同。B在此外一束光的照射下或经加热又可恢复到本来的形式A。光致变色是一种可逆的化学反映，这是一个重要的判断标准。在光作用下发生的不可逆反映，也可导致颜色的变化，只属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。光致变色的材料早在1867年就有所报导，但直至1956年Hirshberg提出光致变色材料应用于光记录存储的也许性之后，才引起了广泛的注意。光致变色现象指的是化合物在受光照射后，其吸取光谱发生改变的可逆过程，具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变色色素。目前，对光致变色的研究大都集中在二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮类以及相关的杂环化合物上，同时也在继续探索和发现新的光致变色体系。研究光致变色材料最多的国家是美国、日本、法国等，日本在民用行业上开发比较早。6光致变色材料的应用将光致变色色素加入透明树脂中，制成光变色材料，可以用于太阳眼镜片，国内在变色眼镜方面已开始应用。将光致变色色素与高聚物连接在一起，可以制成具有光变色性能的材料，在光电技术和光控装置中很有应用前景。用光致变色材料的涂料可以制作成各种日用品、服装、玩具、装饰品、童车或涂布到内外墙上、公路标牌和建筑物等的各种标示、图案，在光照下会呈现杰出彩丰富、艳丽的图案或花纹，美化人们的生活及环境；可以做成透明塑胶薄膜，贴到或嵌入汽车玻璃或窗玻璃上，日光照射立即变色，使日光不刺眼，保护视力，保证安全，并可起到调节室内和汽车内温度的作用；还可以溶人或混入塑胶薄膜中，用作农业大棚农膜，增长农产品、蔬菜、水果等的产量。另一个重要的用途是用作军事上的隐蔽材料，例如军事人员的服装和战斗武器的外罩等。7光致变色片光致变色片在镜片原料中加入卤化银微粒，在日光中的紫外线作用下卤化银分解成卤素离子和银离子从而变色。根据日光中紫外线的强弱不同，镜片变色限度也不同；当紫外线小时后，镜片变为本来颜色。光致变色片具以下优点：可以矫正屈光不正，在户外也可充当太阳镜。可以随时调节进入眼睛的光线，保持适当的视力；不管其变色状态如何，它对紫外线的吸取始终良好。光致变色镜片类作为特殊镜片，其光透射比在褪色状态下应符合眼镜类产品的规定，在变色状态下应符合太阳镜类产品的规定。此外，标准还提出光致变色回应值的规定，即被测样品在褪色状态下的光透射比和通过15min光照后变色状态下的光透射比之间的比值应不小于1．25光致变色效果是在材料中加入了感光的混合物而获得的，在特殊波段的紫外线辐射作用下，这些感光物质的结构发生变化，改变了材料的吸取能力。这些混合物与的结合重要有两种方法：在聚合前与液态单体混合，或在聚合后渗入材料中（Transition镜片就采用后一种方法）。光致变色树脂镜片采用几种光致变色物质，在最后的制造中使这些不同的变色效果结合起来，这使得镜片变色不仅迅速，并且不完全受温度的控制。新型的光致变色树脂镜片已于1993年投放市场，这种镜片采用树脂材料作片基，用渗透法在镜片的凸面渗透了一层光致变色材料，然后再镀上一层抗磨损膜，起保护和而磨作用。这项工艺技术可以使镜片的变色不会随屈亮度数的加深而出现镜片中央与周边深浅不一的情况，填补了玻璃变色的局限性。8光照强度光照强度,简称照度。一个被光线照射的表面上的照度（illumination/illuminance）定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为dΦ，则此面元上的照度E为：E=dΦ/dS。照度的单位为lx（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm/㎡。照度表达物体表面积被照明限度的量。光照强度:指光照的强弱,以单位面积上所接受可见光的能量来量度。简称照度，单位勒克斯（Lux或Lx）。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上所得的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。流明是光通量的单位。发光强度为1烛光的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为“1流明”。烛光（Candela），音译“坎德拉”.烛光的概念最早是英国人发明的，它是发光强度（Luminousintensity）的单位。当时英国人以一磅的白蜡制造出一尺长的蜡烛所燃放出来的光来定义烛光单位。而现在的定义已有了变化：以一立方厘米的黑色发光体加热，一直到该发光体将溶为液体时，所发出的光量的1/60就是标准光源，而烛光就是这种标准光源所放射出来的光量单位。9光照的有关概念自然光照与人工光照日光照射即为自然光照，灯光照明即为人工光照。（l）光照周期与光照时间自然界一昼夜24h为一个光照周期。有光照的时间为明期，无光照的时间为暗期。自然光照时一般以日照时间计光照时间（明期）；人工光照时，灯光照射的时间即为光照时间，为期24h的光照周期为自然光照周期;为期长于或短于24h的称为非自然光照周期；如在24h内只有一个明期和一个暗期的称为单期光照；如在24h内出现二个或二个以上的明期或暗期，即为间歇光照。一个光照周期内明期的总和即为光照时间。（2）.发光强度光源射出光线的亮度为发光强度，即光源所具有的光能大小，单位是烛光。（3）.光通量光源单位时间内所辐射的光能叫光源的光通量，其单位是流明(各点都与1烛光光源相距1英尺的1平方英尺面积上的光量为1流明)。（4）.光照强度(照度)是物体被照明的限度也即物体表面所得到的光通量与被照面积之比，单位是Ix(l勒克斯是l流明的光通量均匀照射在l平方米面积上所产生的照度)或英尺烛光(1英尺烛光是1流明的光通量均匀照射在1平方英尺面积上所产生的照度)，1英尺烛光=10.76lx。光照强度的测量用照度计。夏季在阳光直接照射下，光照强度可达6万～10万lx，没有太阳的室外0.1万～1万lx，夏天明朗的室内100～550lx，夜间满月下为0.2lx。白炽灯每瓦大约可发出12.561x的光，但数值随灯泡大小而异，小灯泡能发出较多的流明，大灯泡较少，荧光灯的发光效率是白炽灯的3～4倍。寿命是白炽灯的9倍，但价格较高但是一个不加灯罩的白炽灯泡所发出的光线中，约有30%的流明被墙壁、顶棚、设备等吸取；灯泡的质量差与阴暗又要减少许多流明，所以大约只有50%的流明可运用。一般在有灯罩、灯高度为2.0～2.4m(灯泡距离为高度的1.5倍)时，每0.37m2面积上需lW灯泡或1m2，面积上需2.7W灯泡可提供10.76lx。灯泡安装的高度及有无灯罩对光照强度影响很大10亮度亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量。人眼从一个方向观测光源，在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比，定义为该光源单位的亮度，即单位投影面积上的发光强度。亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2）亮度是人对光的强度的感受。它是一个主观的量。与亮度不同的，由物理定义的客观的相应的量是光强。这两个量在一般的平常用语中往往被混淆。11描述光的常用物理量发光强度为一光源在给定方向上的发光强度，单位candela，即坎德拉，简称坎、cd。有人仍然用烛光来表达发光强度，那太老了，要知道1940年（又一说1948年）已经采用新烛光了，只但是“烛”=candle罢了。1968年以后烛光被废除。光通量光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量，单位流明，lm光照度1lm（流明）的光通量均匀分布在1㎡表面上所产生的光照度，单位勒克斯，lx亮度单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，单位尼特，nt衡量手电筒和LED一般用发光强度，但初期的LED“亮度”低，因此都用毫cd来衡量，即mcd，后来出来了上千、上万mcd的，单位也不改了，因此1000mcd=1cd。12雾化玻璃雾化玻璃采用国际发明专利技术原理，将新型液晶材料附着于玻璃、薄膜等基础材料上，运用电路和控制技术制成调光玻璃产品。调光玻璃又称为雾化玻璃，电控玻璃，智能调光变色玻璃，电动窗帘，变色玻璃是一种智能型高档功能玻璃，通过电压控制调光玻璃在散射（透光不透明）态和透射（透明）态之间变化，这一变化实现了玻璃的通透性和保护隐私的双重规定，运用这一特性，调光玻璃被广泛应用于高档办公室，机房，医疗机构，商业展示等领域特点雾化玻璃属建筑装饰特种玻璃，智能调光玻璃是电子技术和玻璃技术进一步发展的必然产物。采用国际发明专利技术原理，将新型液晶材料附着于玻璃、薄膜等基础材料上，运用电路和控制技术制成调光玻璃产品。该产品可通过控制电流变化来控制玻璃颜色深浅限度及调节阳光照入室内的强度，使室内光线柔和，舒适怡人，又不失透光的作用。玻璃断电时模糊，通电时清楚，由模糊到彻底清楚的响应速度根据需要可以达成千分之一秒级。本产品在建筑物门窗上使用，不仅有其透光率变换自如的功能，并且在建筑物门窗上占用空间极小，省去了设立窗帘的机构和空间，制成的窗玻璃相称于有电控装置的窗帘同样的自如方便。除此之外，本产品在建筑装饰行业中还可以用于高档宾馆、别墅、写字楼、办公室、浴室门窗、喷淋房、厨房门窗、玻璃幕墙、温室等等，本产品既有良好的采光功能和视线遮蔽功能，又具有一定的节能性和色彩缤纷、绚丽的装饰效果，是普通透明玻璃或着色玻璃无法比拟的真正的高新技术产品，具有无限宽广的应用前