本發(fā)明涉及一種變色材料，特別涉及一種利用貴金屬納米粒子的光熱轉換效應，在太陽光照射下驅動材料的變色行為，屬于納米材料領域。

背景技術：

貴金屬納米粒子（如金和銀）具有特異的表面等離子體光學性質，近年來被廣泛應用于表面增強拉曼散射和表面增強熒光光譜等領域。貴金屬的局域表面等離激元的另一項深具應用潛力的性質就是它有極高的光熱轉換效率。貴金屬納米顆粒將吸收的光能轉化為電子諧振的動能，繼而通過晶格對電子的散射把這一能量轉化為晶格的振動能。晶格的振動能又進一步轉化為熱量，而熱量可以進一步傳遞到周圍環(huán)境，從而使環(huán)境的溫度升高。貴金屬納米顆粒的小體積使得加熱可以只局域在一個亞微米的空間，突破了傳統(tǒng)加熱方法很難局域化的缺點。同時由于在共振波長處，貴金屬納米顆粒的光吸收截面大大超過其物理截面，所以它們具有很強的光熱轉換能力。貴金屬的光熱轉換效應已被廣泛應用于熱成像，熱醫(yī)療，熱催化等領域。

熱致變色材料是一類可以依靠環(huán)境溫度變化而改變自身對入射光線吸收特性的熱光功能材料，主要分為有機材料、液晶材料、無機材料三大類。對于傳統(tǒng)的熱致變色材料，它需要一個外加熱源來驅動材料的變色行為，這樣無疑會在應用時增加裝置的體積或增大其復雜度。為了解決這一問題，人們把研究方向集中到如何將變色材料的變色溫度與應用時環(huán)境的溫度相匹配，而在這對材料改性的過程中，就會降低材料原本優(yōu)良的光學性質。

對于現(xiàn)有的光致變色材料，它們只能在特定波長的光激發(fā)下才會發(fā)生顏色變化。這也就意味著，光致變色材料僅僅對很狹小的頻譜范圍內的光響應。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有光致變色、熱致變色材料存在的局限與不足，提供一種利用太陽光驅動的熱致變色材料及其制備方法，既保留了熱致變色材料靈敏的變色性能，又將“熱驅動”轉變?yōu)椤肮怛寗印薄?/p>

本發(fā)明所采用的技術方案是提供一種太陽光驅動的熱致變色材料的制備方法，先利用“種子-生長液”法合成各種具有不同等離子共振激發(fā)波長的金納米粒子溶液后，再進行如下步驟：

(1)分別對制備的金納米粒子溶液進行離心處理，再將得到的金納米粒子分散在溶劑水中，得到金納米粒子混合水溶液，調節(jié)各種金納米粒子的配比，得到吸收光譜與太陽光的發(fā)射光譜相匹配的混合金納米粒子水溶液；

(2)采用“加熱-超聲-自組裝”法，合成二乙炔囊泡膠體，在254nm紫外光下聚合為聚二乙炔膠體溶液；

(3) 按體積比1：0.5～3:0.6～2，在質量分數(shù)為5%～15%的聚乙烯醇中，依次加入混合金納米粒子水溶液、聚二乙炔膠體溶液，得到混合溶液；

(4)成膜后，在室溫、避光、通風條件下晾干，得到一種薄膜狀太陽光驅動的熱致變色材料。

本發(fā)明技術方案還包括按上述制備方法得到的一種太陽光驅動的熱致變色材料。

本發(fā)明利用“種子-生長液”法合成不同共振波長的金納米粒子，并混合成為混合金納米粒子，使得混合后的溶液吸收光譜與太陽發(fā)射光譜相吻合。利用“加熱-超聲-自組裝”法合成二乙炔（DA）囊泡，并在波長254nm紫外光下誘發(fā)拓撲反應，形成聚二乙炔（PDA）囊泡膠體溶液。將混合金納米粒子溶液、PDA和加熱溶解得到的聚乙烯醇（PVA）溶液相混合。室溫避光通風晾干后，得到利用太陽光驅動的熱致變色材料。

與現(xiàn)有的光致變色或熱致變色材料不同，本發(fā)明利用局域表面等離激元優(yōu)異的光熱轉換特性，通過太陽光對貴金屬納米粒子的激發(fā)產生熱，繼而用熱來驅動熱致變色材料的變色行為。由于金納米粒子的尺寸及共振波長可控，通過混合不同共振波長的金納米粒子，可以使混合金納米粒子溶液吸收光譜與太陽發(fā)射光譜相匹配，本發(fā)明提供的技術方案，利用太陽光能轉化為熱量，同時，通過控制混合金納米粒子溶液濃度來精確的控制熱致變色材料周圍狹小空間的最高溫度，摒棄了外加熱源，既保持了熱致變色材料原本優(yōu)良的光學特性，又可直接利用外界光源進行變色，使熱致變色材料成為可對太陽光響應的“光致變色材料”。

由于實施了上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明利用了局域表面等離激元優(yōu)良的光熱轉換效應，提供了一種可直接通過光驅動的熱致變色材料。摒棄了現(xiàn)有熱致變色材料需要外加熱源的缺陷，直接利用太陽光作為驅動力，將熱致變色的材料轉變?yōu)樘柟饪氐摹肮庵伦兩辈牧希夜鉄徂D換效應溫度可控，材料變色靈敏、穩(wěn)定性高，其應用更加方便、輕松，拓展了熱致變色材料的應用領域。

2、本發(fā)明提供的太陽光驅動的熱致變色材料具有熱致變色材料成膜后透明性好，可彎折性和拉伸性好，具有極佳的力學和光學性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的混合金納米粒子溶液的可見吸收光譜圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的混合金納米粒子的TEM圖像；

圖3為本發(fā)明實施例提供的材料樣品在太陽光下的升溫曲線圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的材料樣品在太陽光照射下薄膜顏色變化前后的紅外成像對比照片圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的材料樣品在太陽光照射下薄膜顏色變化前后的吸收光譜對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案作進一步的闡述。

實施例1

本實施例提供一種太陽光驅動的熱致變色材料的制備方法，具體步驟如下：

1、利用“種子-生長液”法合成多種具有不同共振波長的金納米粒子，例如最大吸收波長位置不同的金納棒。金納米粒子的合成方法可按文獻“Gold nanorods and their plasmonic properties”（ Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 2679—2724）提供的步驟制備。

將合成得到的金納米棒體系以適合的轉速（如6000轉/分鐘）離心處理15分鐘，吸去上層液，將下層沉淀分散在水中，再次以合適的轉速（如3000轉/分鐘）離心處理15分鐘，吸去上層液，將下層沉淀重新分散在水中，得到本實施例所需的金納米粒子體系。按上述方法制備具有不同共振波長的金納米粒子體系，按文獻“Mass-Based Photothermal Comparison Among Gold Nanocrystals, PbS Nanocrystals, Organic Dyes, and Carbon Black”（J. Phys. Chem. C 2013, 117, 8909-8915）提供的方法，選擇合適的配比將它們混合，調制混合金納米粒子水溶液，使溶液的吸收光譜與太陽發(fā)射光譜相吻合。

參見附圖1，它是本實施例提供的混合金納米粒子溶液的可見吸收光譜圖。

參見附圖2，它是本實施例提供的混合金納米粒子的TEM圖像。

2、按文獻“Mass-Based Photothermal Comparison Among Gold Nanocrystals,PbS Nanocrystals, Organic Dyes, and Carbon Black”（Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2103–2109）提供的“加熱-超聲-自組裝”方法，合成乳白色的二乙炔DA囊泡膠體。待其穩(wěn)定12h后，照射波長為254nm的紫外光20min，得到本實施例所需的聚二乙炔PDA。

3、用水加熱溶解聚乙烯醇PVA固體，得到本實施例所需的質量分數(shù)為8%的PVA溶液。

4、在5ml 8% PVA溶液中依次加入5ml 混合金納米粒子溶液（最大吸光度為0.6）、5ml PDA，每加入一種溶液后需混合均勻。PVA、混合金納米粒子溶液、PDA的體積比為1:1:1。

5、將混合溶液倒在直徑為6.5cm的培養(yǎng)皿中，室溫避光通風晾干。待48h晾干后，將薄膜從培養(yǎng)皿表面揭下。

將薄膜裁剪為約一平方厘米的方形樣品，置于外界太陽光下，隨著照射時間的增加，得到不同顏色的薄膜。

參見附圖 3，它是本實施例提供的材料樣品在太陽光下的升溫曲線圖。

參見附圖4，它是本實施例提供的材料樣品在太陽光照射下薄膜顏色變化前后的紅外成像對比照片圖。

參見附圖5，它是本實施例提供的材料樣品在太陽光照射下薄膜顏色變化前后的吸收光譜對比圖；圖中可見，其最大吸收波長位置由636nm藍移至537nm。