表面活性剂Krafft点的新应用：温度开关可调节的智能窗材料学术资讯

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经济和科技水平的提高给人们的生活带来了许多便利。家居智能化也成为发展趋势，智能窗的研究和应用即为其体现。智能窗免去了窗帘使用的琐碎问题，可以根据环境的变化自动调节，控制进入室内的光线。那么，如果想在白天享受阳光而避免紫外线照射的困扰，在夜晚营造一个温馨隐私的环境，需要做出什么样的设计呢？近日，山东大学的郝京诚、宋爱新教授团队利用离子表面活性剂的基本物理化学性质——Krafft点，通过将离子表面活性剂作为热响应单元引入到聚丙烯酰胺凝胶中，制备了一种可以达到上述效果、且实现了在较宽温度范围内温度转变点可调节的热响应智能窗材料。

安全节能和便捷高效的特点使对温度敏感的热响应材料在智能窗研究领域占有重要地位。热响应材料的智能窗基于实现的目的分为两种模式：一类是在低温下保持透明，当温度升高时则变得不透明以减少光线的进入，提供舒适的室内环境；另一类是在白日温度较高时保持透明以保证室内采光，而在夜晚低温时变为不透明状态以保护室内的隐私。在第二种模式下需要考虑的问题是：一方面，日光中的紫外线能够伤害皮肤；另一方面，不同地区的温度变化特点差异较大，基于夜晚保护隐私的考虑以及某些特定条件下的调光需求，需要在较宽的温度范围内实现对光开关的可控调制。然而目前的智能窗材料体系大都只能实现固定的温度开关转换，无法根据不同需求满足转变温度可控调节的要求。

基于表面活性剂的开关可调智能窗材料很好地解决了上述问题。表面活性剂具有极高的降低表、界面张力的能力，且一定浓度以上可在溶液中形成分子有序组装体。离子型表面活性剂的溶解度在某个温度之上会陡然上升，该温度叫做该表面活性剂的Krafft点（TK）。他们利用离子表面活性剂的TK的特点，将离子表面活性剂作为热响应单元，引入到水和乙二醇混合溶剂的聚丙烯酰胺凝胶（PAAm）中。当温度较高时，表面活性剂全部溶解，凝胶表现出高透明的特点，而温度降低时，大量表面活性剂在PAAm的三维网络中均匀析出，凝胶呈现为乳白色不透明状态。此工作中，转变温度的调节可通过两种途径：（1）溶剂为水和乙二醇的混合溶液，调整两种组分比例，改变溶剂的极性，即可影响到离子表面活性剂在溶液中的TK，且其值与组成呈线性；（2）不同的离子表面活性剂具有不同的TK，改换离子表面活性剂即可改变转变温度调控区间。结合以上两种策略，该团队提供了在6-75 °C范围内可对转变温度进行任意调控的智能窗材料。此外，利用表面活性剂胶束的增溶作用，引入了两种紫外吸收剂，赋予了该材料紫外屏蔽的性能。同时，由于溶剂中乙二醇的存在，凝胶材料具有优秀的抗冻能力。
该智能窗材料具有出色的紫外线屏蔽能力，且可以在很宽的温度范围内进行光开关的可控调节。这项工作有望为多功能、低成本智能窗材料的灵活构建开辟一条新途径。
这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是山东大学博士研究生刘弈含。
郝京诚教授简介

郝京诚，山东大学教授，国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授、山东省泰山学者攀登计划专家。长期从事《物理化学》教学和胶体与界面化学领域应用基础研究。
研究方向集中于表面活性剂在界面和溶液中的组装及其性能和应用研究，在Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Langmuir等期刊发表论文400余篇，撰英文专著2部。曾获中科院百人计划择优资助、日本材料技术研究会特别奖、亚洲胶体与界面科学联合会特别奖、CCS-BASF青年知识创新奖、教育部自然科学一等奖、亚洲化学新星奖、CCS-AkzoNobel化学奖、山东省科技进步一等奖、山东省智库高端人才社会建设领域首席专家等奖励。

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