Page 72 - 《精细化工》2021年第4期
P. 72
·706· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
1.3 凝胶
凝胶是指结构空隙中充满了分散介质的网状分
散体系，分散介质一般为水或离子液体。具有热致
变色的凝胶一般都存在一个相变温度，即低临界溶
解温度（LCST）。在 LCST 以下，聚合物和溶剂为
均匀的混溶相，通常表现为透明状态；而在 LCST 以
上，通过熵驱动发生相分离，聚合物团聚成颗粒，
[53]
3+
2+
图 6 13 与 Zn /Eu 配位聚合物薄膜的热致变色行为 [48] 体系呈不透明状态，如图 8 所示 。凝胶随温度升
Fig. 6 Thermochromic behavior of supramolecular polymer 高由透明到不透明的相态突变特性赋予其优异的太
2+
film based on 13 and Zn /Eu 3+[48]
阳光调节能力，使其在智能窗领域的应用前景十分
氢键型聚合物即结构单元之间通过氢键作用构 光明 [54] 。
成的超分子聚合物。2017 年，LAVRENOVA 等 [50]
将脲基-4-嘧啶酮（UPy）基团引入到均二苯乙烯衍
生物中，制得 15，通过 Upy 基团之间的氢键作用，得
到了机械性能优良、多刺激响应的动态超分子聚合
物，该超分子聚合物具有多种可相互转化的发光状
态，其发光性质是由发光基团间的相互作用决定的，
通常，随着发光基团间 π-π 作用的增强，聚合物的
发光波长红移。 图 8 凝胶热致变色机理示意图 [53]
基于主客体作用的超分子体系也可表现出热致 Fig. 8 Schematic diagram of thermochromic mechanism of
[53]
变色特性。2018 年，WANG 等 [51] 根据正交整合策略 gels
设计出颜色和透明度分别可控的变色材料，并用于
聚(N-异丙基丙烯酰胺)（18）是常见的热致变
智能窗中。柱[n]芳烃作为大环主体，在室温下与客
色水凝胶组分，因其结构简单、LCST 接近室温（约
体结合，在溶液中呈分散状态，体系透明度高，但 [55]
32 ℃）、无毒且生物相容性好而备受关注 。LIU
温度升高后大环会释放出客体，并自聚成较大颗粒， 等 [56] 发现 18 的 LCST 受取代基、链结构和添加剂的
使体系透明度下降，表现出热响应特性 [52] 。而作为
影响较大，通过改变这些因素就能够实现对其 LCST
客体的二茂铁在氧化还原刺激下能够显示橙色和绿
的调控。1993 年，FEIL 等 [57] 通过共聚的方法调节
色，作者通过正交整合策略将二茂铁改性的聚丙烯
其 LCST。当 N-异丙基丙烯酰胺与疏水性单体共聚
酰胺基聚合物 16 与柱[6]芳烃 17 性能整合，实现热
时，所得共聚物的 LCST 降低，而与亲水性单体共
响应与电响应双控的智能调控体系（图 7），该超分
聚时所得共聚物的 LCST 会升高。
子体系同时实现了冷暖色调的可逆切换和智能调控
作为智能窗的备选材料，基于 18 的水凝胶在可
室内温度两种功能。
见光区具有优异的调节能力。但是，这种水凝胶的
相变是一种突变，在一定程度上限制了其在智能窗
领域的应用。
为实现水凝胶的连续相变，2016 年，LEE 等 [58]
分别将疏水性单体溶液和亲水性单体溶液缓慢滴加
到反应体系中，制得了多组分的共聚物 19。由不同
比 例的亲 疏水 单体制 备的 共聚物 具有 不同 的
LCSTs，在较宽的温度范围内实现透明度的连续转
变，见图 9，从而实现对太阳光透过率的逐步调节。
一般情况下，水凝胶对太阳光的调节仅体现在可见
光区，对近红外光几乎没有调节效果。2019 年，LI
等 [59] 采用共聚的手段合成了聚合物 20，通过控制颗
粒粒径和内部结构来调控光散射行为，发现该共聚
图 7 暖/冷色调可切换材料热致变色示意图 [51] 物除了调节可见光区透过率外，对近红外光区也有
Fig. 7 Schematic diagram of thermochromic material with
switchable warm/cold tones [51] 明显的调节效果，实现了对全波段太阳光的调节。
