本發(fā)明屬于玻璃技術(shù)、金屬納米材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種新型的電致變色玻璃。

背景技術(shù)：

電致變色是指由于外加電場的極性和強度的變化而引起材料可逆的氧化或還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致其顏色改變的現(xiàn)象。目前，電致變色玻璃作為一種新型的節(jié)能玻璃，利用外加電場改變材料的的光學(xué)屬性如反射率、透過率和吸收率，外觀上表現(xiàn)為玻璃顏色和透明度的可逆變化，達(dá)到調(diào)光的目的。這種智能變色玻璃只需在電壓的作用下調(diào)節(jié)玻璃的透光率，而且能在不同電壓作用下調(diào)節(jié)到不同級別的透光率；在除去外加電壓后玻璃的狀態(tài)能在一段時間內(nèi)繼續(xù)保持，具有長時間反復(fù)變色而不易老化、穩(wěn)定性好、制備簡單等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑玻璃、汽車窗玻璃、自動防眩汽車后視鏡、飛機窗玻璃等領(lǐng)域。實際生活中，人們越來越需要一種新型的電致變色玻璃，它的光譜響應(yīng)范圍足夠?qū)?在可見光至紅外波段散射光譜動態(tài)可調(diào)，響應(yīng)速度快。在滿足人的視覺需求的同時，這種新型的電致變色玻璃能實現(xiàn)隱私保護(hù)，具有成本低廉、制作工藝簡單等優(yōu)點。

現(xiàn)有的電致變色玻璃瓶頸包括：第一、現(xiàn)有的電致變色玻璃采用的電致變色材料是大多為有機材料，使用液態(tài)電解質(zhì)來傳導(dǎo)離子，由于有機材料的穩(wěn)定性差，易受紫外線的影響，造成玻璃的使用壽命短。當(dāng)電致變色玻璃兩端沒有加電壓時，初始狀態(tài)的電致變色層是無色或淺色的；當(dāng)在玻璃兩端加上電壓后，儲存在離子存儲層的離子在電場的作用下經(jīng)過電解質(zhì)層，注入到電致變色材料，發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，導(dǎo)致離子被氧化成高價的新離子或被還原成低價的新離子，電子從離子到新離子的帶間躍遷發(fā)射光子或吸收光子而引起變色。第二、現(xiàn)有的電致變色玻璃一般是在兩層玻璃之間夾有五個薄膜層，分別是：透明導(dǎo)電層、電致變色層、電解質(zhì)層、離子存儲層和另一透明導(dǎo)電層，制作工藝比較復(fù)雜。第三、現(xiàn)有的電致變色玻璃是利用離子的抽取和注入來控制玻璃的變色，響應(yīng)速度慢，它無法動態(tài)調(diào)諧光譜，不能滿足人們的需求。因此，需要提出新原理和新結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電致變色玻璃的散射光譜動態(tài)可調(diào)，獲得一種新型電致變色玻璃，能在可見光至紅外波段動態(tài)調(diào)諧光譜，響應(yīng)速度快，還可實現(xiàn)隱私保護(hù)，具有制作工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點。

局域等離激元共振(localizedsurfaceplasmonresonance,lspr)是金屬納米結(jié)構(gòu)在亞波長范圍內(nèi)與光強烈相互作用引發(fā)的共振增強效應(yīng)，能夠?qū)⒐饩钟蛟谏疃葋啿ㄩL的范圍內(nèi)，會帶來各種效應(yīng)。當(dāng)金屬納米顆粒之間的間距在一定范圍內(nèi)越來越大或越來越小時，其lspr峰值會對應(yīng)發(fā)生紅移或藍(lán)移。利用等離激元效應(yīng)與金屬納米結(jié)構(gòu)間距密切相關(guān)的特點，當(dāng)金屬納米顆粒間距在一定范圍內(nèi)變化，則它的光譜共振強度、散射特性等參數(shù)也會發(fā)生改變。

本發(fā)明提出的等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃，能實現(xiàn)光譜動態(tài)可調(diào)諧。本發(fā)明針對現(xiàn)有電致變色玻璃采用有機變色材料穩(wěn)定性差、制作工藝復(fù)雜以及光譜無法動態(tài)調(diào)諧等瓶頸問題，并結(jié)合上述新機理、新技術(shù)，提出了等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃，能實現(xiàn)在可見光至紅外波段光譜動態(tài)可調(diào)諧，響應(yīng)速度快，廣泛應(yīng)用于軍事偽裝、建筑玻璃、汽車窗玻璃、自動防眩汽車后視鏡等領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出了一種等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃，能在可見光至紅外波段實現(xiàn)散射光譜動態(tài)可調(diào)，提高玻璃的變色性能，響應(yīng)速度快，適用于軍事偽裝、建筑玻璃及汽車天窗玻璃、側(cè)窗玻璃及后視鏡等領(lǐng)域。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃基于等離子激元增強機制，包括單層和多層結(jié)構(gòu)；所述單層智能變色玻璃包括上玻璃層、銀納米線電極、透明液體、等離激元納米顆粒、聚合物分子刷材料層、外圍驅(qū)動電路和下玻璃層；其位置關(guān)系由下至上依次為下玻璃層、下銀納米線電極、聚合物分子刷材料層、等離激元納米顆粒、上銀納米線電極、上玻璃層；其中下銀納米線電極與上銀納米線電極之間的聚合物分子刷材料層有上下兩部分，上部聚合物分子刷材料層的上方連接上銀納米線電極，下方連接等離激元納米顆粒；下部聚合物分子刷材料層的下方連接下銀納米線電極，上方連接等離激元納米顆粒；透明液體填充于聚合物分子刷材料層與等離激元納米顆粒及銀納米線電極所形成的空間內(nèi)；外圍驅(qū)動電路的兩端分別連接下銀納米線電極與上銀納米線電極。

所述的多層結(jié)構(gòu)由多個單層智能變色玻璃疊合而成，所述單層智能變色玻璃采用電阻率低、電導(dǎo)率高的銀納米線，組成多層智能變色玻璃。

所述柔性聚合物分子刷材料層，由高熱光系數(shù)、且在生理溫度范圍內(nèi)具有溶脹轉(zhuǎn)變特性的熱敏聚合物形成。

所述熱敏聚合物為聚丙烯酸paa、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、聚n-異丙基丙烯酰胺nipaam、聚甲基丙烯酸maa或聚4-二苯甲酮甲基丙烯酸酯bpma，其厚度范圍為300納米至700納米。

所述等離激元納米顆粒的材料為金、銀或銅；所述等離激元納米顆粒結(jié)構(gòu)為三角板、十面體、納米棒或納米球。

所述等離激元納米顆粒具有高局域等離激元共振響應(yīng)靈敏度，所述等離激元納米顆粒為雙層，呈分散狀態(tài)，顆粒尺寸范圍為50納米至150納米，顆粒間距范圍為100納米至200納米。

所述透明液體為無色去離子水、乙醇、異丙醇或乙二醇，填充在聚合物分子刷材料層之間并充滿上玻璃層與下玻璃層所形成的空間內(nèi)，用于補償聚合物分子刷材料因狀態(tài)改變造成的體積變化。

所述單層智能變色玻璃通過外圍驅(qū)動電路在兩層銀納米線電極之間施加電壓，銀納米線電極發(fā)熱，電極溫度的變化使得聚合物分子刷材料層收縮，進(jìn)一步造成兩層連接在聚合物分子刷一端的等離激元納米顆粒間距改變；利用納米顆粒的局域等離激元共振效應(yīng)，當(dāng)?shù)入x激元納米顆粒間距改變時，其散射光譜譜峰會移動，改變智能玻璃的顏色，實現(xiàn)等離激元納米顆粒散射光譜的動態(tài)可調(diào)諧。

所述多層智能變色玻璃利用開關(guān)控制外圍驅(qū)動電路的通斷，進(jìn)而控制兩層銀納米線電極之間是否有電壓，所述多層智能變色玻璃有多種切換狀態(tài)，可以有選擇性地改變玻璃的顏色。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點：

1.本發(fā)明提出的等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃，是基于等離激元納米顆粒的lspr效應(yīng)，通過外圍驅(qū)動電路在銀納米線電極之間施加電壓，使得銀納米線電極導(dǎo)電發(fā)熱，電極溫度的改變使得聚合物分子刷材料層收縮，進(jìn)而改變金屬納米顆粒的間距；利用金屬納米顆粒的lspr效應(yīng)，當(dāng)納米顆粒的間距在1納米至300納米范圍內(nèi)改變時，其lspr峰值會發(fā)生紅移或藍(lán)移，實現(xiàn)一種光譜動態(tài)可調(diào)諧的新型智能變色玻璃。相較于傳統(tǒng)的電致變色玻璃，利用離子在電場的作用下經(jīng)過電解質(zhì)層，注入到電致變色材料，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生新離子，電子從離子到新離子的帶間躍遷發(fā)射光子或吸收光子而引起變色。傳統(tǒng)的電致變色玻璃使用的電致變色材料為有機物，穩(wěn)定性差，受紫外影響大，使用時間短；本發(fā)明利用無機材料，穩(wěn)定性好，變色玻璃的使用壽命長。

2.本發(fā)明等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃可采用不同種類和不同形狀的等離激元納米顆粒，實現(xiàn)在紫外、可見光和紅外波段的寬光譜動態(tài)調(diào)諧。相較于現(xiàn)有的電致變色玻璃，利用離子的抽取和注入來控制玻璃的變色，響應(yīng)速度慢，它無法動態(tài)調(diào)諧光譜。本發(fā)明通過外圍電路輸出的電壓控制銀納米線電極導(dǎo)電發(fā)熱，電極溫度的改變使得聚合物分子刷材料層收縮，進(jìn)而改變納米顆粒的間距，調(diào)節(jié)納米顆粒的間距，改變其lspr峰值，來實現(xiàn)光譜的動態(tài)調(diào)諧，響應(yīng)速度快。本發(fā)明變色玻璃可為單層智能變色玻璃或多層智能變色玻璃，采用不同種類和不同形狀的等離激元納米顆粒，實現(xiàn)變色玻璃的寬光譜調(diào)諧。

3.本發(fā)明中使用聚合物分子刷材料作為熱敏傳感的組成部分，與其他硼硅酸鹽類無機材料、su-8材料相比，熱光系數(shù)提高了兩個數(shù)量級，因聚合物分子刷材料的狀態(tài)(舒張或收縮)改變對溫度變化的響應(yīng)更加明顯，該等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃的變色響應(yīng)速度更快。

4.本發(fā)明也可以引入各向異性的金屬納米顆粒，各向異性的金屬納米顆粒的光譜共振增強特性更為明顯，更容易調(diào)諧光譜。而且該等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃結(jié)構(gòu)簡單，制備工藝簡單，成本低，對環(huán)境污染小，可應(yīng)用軍事偽裝、汽車窗玻璃、建筑玻璃等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是單層智能變色玻璃未施加電壓的截面示意圖；

圖2是單層智能變色玻璃施加電壓的截面示意圖。

圖3是多層智能變色玻璃未施加電壓的截面示意圖；

圖4是多層智能變色玻璃第一層玻璃施加電壓的截面示意圖；

圖5是多層智能變色玻璃第二層玻璃施加電壓的截面示意圖；

圖6是多層智能變色玻璃施加電壓的截面示意圖；

圖7是金屬納米球顆粒間距改變的散射光譜圖。

圖8是金屬納米棒顆粒間距改變的散射光譜圖。

圖中有：單層智能變色玻璃1、上玻璃層2、下銀納米線電極31、上銀納米線電極32、透明液體4、等離激元納米顆粒5、等離激元納米顆粒a51、等離激元納米顆粒b52、聚合物分子刷材料層6、外圍驅(qū)動電路7、下玻璃層8、多層智能變色玻璃9。

其中，等離激元納米顆粒可以是同種金屬納米顆粒，或不同種類的金屬納米顆粒，或同種類但不同形貌的金屬納米顆粒。

具體實施方式

本發(fā)明的等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃基于等離子激元增強機制，包括單層和多層結(jié)構(gòu)，所述單層智能變色玻璃1包括上玻璃層2、下銀納米線電極31、上銀納米線電極32、透明液體4、等離激元納米顆粒5、聚合物分子刷材料層6、外圍驅(qū)動電路7和下玻璃層8。其位置關(guān)系由下至上依次為下玻璃層8、下銀納米線電極31、聚合物分子刷材料層6、等離激元納米顆粒5、上銀納米線電極32、上玻璃層2；其中下銀納米線電極31與上銀納米線電極32之間的聚合物分子刷材料層6有上下兩部分，上部聚合物分子刷材料層6的上方連接上銀納米線電極32，下方連接等離激元納米顆粒5；下部聚合物分子刷材料層6的下方連接下銀納米線電極31，上方連接等離激元納米顆粒5；透明液體4填充于聚合物分子刷材料層6與等離激元納米顆粒5及銀納米線電極3所形成的空間內(nèi)；外圍驅(qū)動電路7的兩端分別連接下銀納米線電極31與上銀納米線電極32。

所述多層智能變色玻璃9由多個單層智能變色玻璃1疊合而成，所述單層智能變色玻璃1采用電阻率低、電導(dǎo)率高的銀納米線。

所述單層智能變色玻璃1通過外圍驅(qū)動電路7在兩層銀納米線電極之間施加電壓，銀納米線電極發(fā)熱，電極溫度的變化使得聚合物分子刷材料層6收縮，進(jìn)一步造成兩層連接在聚合物分子刷一端的等離激元納米顆粒5間距改變；利用納米顆粒的局域等離激元共振效應(yīng)，當(dāng)?shù)入x激元納米顆粒5間距改變時，其散射光譜譜峰會移動，改變智能玻璃的顏色，實現(xiàn)等離激元納米顆粒散射光譜的動態(tài)可調(diào)諧。所述多層智能變色玻璃9利用開關(guān)控制外圍驅(qū)動電路7的通斷，進(jìn)而控制兩層銀納米線電極之間是否有電壓，所述多層智能變色玻璃9有多種切換狀態(tài)，可以有選擇性地改變玻璃的顏色。

本發(fā)明的等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃，利用等離激元納米顆粒的lspr效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對等離激元納米顆粒散射光譜的動態(tài)調(diào)諧。第一、當(dāng)外部散射光經(jīng)過上玻璃層，照射到玻璃內(nèi)部的等離激元納米顆粒上。當(dāng)在兩層銀納米線電極之間不施加電壓時，聚合物分子刷材料層保持舒張狀態(tài)，納米顆粒的局域表面等離激元共振不明顯，此時反射出納米顆粒的顏色；當(dāng)外圍驅(qū)動電路施加電壓，使兩層銀納米線電極發(fā)熱，溫度的改變造成聚合物分子刷材料收縮，使得兩層連接在聚合物分子刷一端的納米顆粒間距改變，從而使得納米顆粒lspr峰的位置發(fā)生變化，實現(xiàn)對等離激元納米顆粒散射光譜的動態(tài)調(diào)諧，并改變玻璃的顏色，實現(xiàn)一種光譜動態(tài)可調(diào)諧的新型智能變色玻璃。第二、該等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃可以采用單層或多層結(jié)構(gòu)，可以使用一種或多種納米顆粒，或采用同種類但不同形貌或不同種類但相同形貌的納米顆粒。由于不同種類和不同形狀的等離激元納米顆粒spr峰不同，其散射會表現(xiàn)出不同的顏色，并且通過電壓控制納米顆粒的間距，擴(kuò)大智能變色玻璃的光譜調(diào)節(jié)范圍。第三、本發(fā)明采用熱光系數(shù)較高的聚合物分子刷材料，變色響應(yīng)速度快，可作為變色器，應(yīng)用于軍事偽裝等領(lǐng)域。

下面通過具體實施例和對比例進(jìn)一步說明本發(fā)明：

本發(fā)明中等離激元寬光譜調(diào)控的智能變色玻璃結(jié)構(gòu)及制備工藝如下：將玻璃如硼酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃和鋁磷酸鹽玻璃上下層分別通過光刻、刻蝕等工藝制備出透明銀納米線電極，再旋涂一層聚合物分子刷材料，然后在聚合物分子刷材料層上自組裝一層金屬納米顆粒，再灌裝透明液體并密封，壓合得到玻璃樣品。

單層智能變色玻璃制備結(jié)束后，按照上述步驟，繼續(xù)制備多個單層智能變色玻璃。將多個單層智能變色玻璃疊合，形成多層智能變色玻璃。

另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。