本发明涉及智能窗户领域，具体涉及一种耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户及其制备方法。
背景技术：
1、由于室内供暖和制冷的需求，建筑的热管理能耗约占全球能源消耗量的五分之一。然而，窗户作为建筑外围的重要组成部分，被视为建筑热管理中节能性能最差的基本单元。对于建筑节能而言，理想的窗户需要具备光谱自适应调节性能，在室内低温时保持高的透过率以进行良好的室内光热加热，而当室内高温室时增加反射率以遮挡阳光促进室内冷却。
2、目前，已开发出多种具有可切换光学特性的智能热管理窗户，以提高窗户的节能性能。其中，基于光热效应的热致变色机制能够在没有额外能量输入的情况下实现光学模式的改变，使其成为一种环保且具有极大经济效益的驱动策略。典型的热致变色材料包括水凝胶、离子液体凝胶、复合凝胶、液晶聚合物、钙钛矿、vo2及其衍生物。
3、pnipam是一种典型的热致变色聚合物，广泛应用于智能热管理窗户的光调节。到目前为止，基于pnipam的响应凝胶主要集中于增强智能热管理窗户中的太阳能调制，而忽略了lcst在建筑热管理中节能的重要性。大多数智能热管理窗户设计都无法使lcst与人体的舒适温度范围（23-28℃）相一致。当lcst远高于或低于人体的舒适气温范围时，则需要用空调系统来调节室内温度以保持身体的热舒适性，从而导致高能耗。
4、由于反应前驱液的粘度低且大多数pnipam基水凝胶的合成时间长，使得传统智能窗的设计通常局限于三明治结构，即热致变色材料紧紧包裹在两块玻璃内。然而，这种结构存在几个显著的缺点。
5、以室内外温差较大的建筑为例。由于缺乏隔热性，传统的智能热管理窗户在外部温度高的情况下无法阻止热量从外部向室内传递，在外部温度低的情况下也无法阻止内部热量传递到外部。此外，当凝胶在高温环境中发生相变防止太阳光进入室内时，热致变色凝胶本体会吸收一部分被阻挡的太阳光从而导致凝胶温度升高。对于传统智能窗户而言，由于紧贴的三明治结构设计，与高温凝胶相邻的玻璃会促进了热量向室内热传导，导致不必要的室内加热。然而，智能窗户的结构设计作为提高建筑热管理节能的潜在途径之一，并没有得到太多关注。
6、在加热过程中，pnipam分子的构象变化赋予凝胶不同的光学性质，相变过程同时伴随着自由水的排出。由于水具有极高的蒸发潜热，在30 ℃下通过蒸发冷却可以实现300wm−2以上的制冷功率。这一有望解决窗户制冷功率不足的热调节策略被忽视。
7、具有热致变色凝胶的智能窗户在高温下通过相变调节太阳光和温度的时候，不可避免地会牺牲窗户的透过率影响室内采光。因此，平衡热调节和透过率是智能窗户面临的另一重大挑战。
8、现阶段智能窗户仍然存在以下三点不足：
9、（1）现有智能窗户的热调控策略/机制单一，热调节功率有待提高；
10、（2）现有智能窗户缺乏良好的隔热性能，这不仅造成室内外容易产生热交换增加室内热调控能耗，还影响智能窗户内部的温敏材料相变过程发生相变迟滞；
11、（3）智能窗户在高温下通过相变调节阳光和温度的时候不可避免地会牺牲窗户的透射率。因此，平衡热调节和透射率仍然是智能窗户面临的重大挑战。
技术实现思路
1、现阶段缺乏一种耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户及其制备技术，无法满足在实现自适应热调节的同时，兼具良好的热管理性能和均衡的光-热调节能力并适用于大规模制备。基于此，本发明提供了一种耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其包括具有密闭夹层空间的双层玻璃，所述双层玻璃的至少一块玻璃表面涂覆有位于所述密闭夹层空间内的热致变色凝胶涂层，且所述密闭夹层空间的厚度大于所述热致变色凝胶涂层的厚度；
3、所述热致变色凝胶涂层由羧甲基纤维素钠、n-异丙基丙烯酰胺、交联剂、光引发剂和水混合后并于反应温度为0-10 ℃及紫外光照射下进行光交联聚合形成，其中羧甲基纤维素钠与n-异丙基丙烯酰胺的质量比为（0.1-0.6）:1，水的用量为n-异丙基丙烯酰胺质量5-8倍的，交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺或二乙烯基苯。
4、作为本发明的进一步优选技术方案，所述双层玻璃的四周设有密封垫，所述密封垫用于将双层玻璃的两片玻璃隔开并密封，所述玻璃为二氧化硅玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃、聚碳酸酯玻璃、聚乙烯玻璃、镀银玻璃、ito玻璃或其他功能化衍生玻璃中的一种或多种。
5、作为本发明的进一步优选技术方案，所述热致变色凝胶涂层的厚度为0.5-5 mm，所述密闭夹层空间的厚度为2-10 mm，该密闭夹层空间的厚度指两层玻璃之间的间距，并确保双层玻璃之间除热致变色凝胶涂层外还具有空腔层。进一步优选地，热致变色凝胶涂层的厚度为1-2 mm，密闭夹层空间的厚度为3-5 mm。
6、作为本发明的进一步优选技术方案，所述密闭夹层空间填充有氮气、氩气或空气。
7、作为本发明的进一步优选技术方案，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮。
8、作为本发明的进一步优选技术方案，所述交联剂与n-异丙基丙烯酰胺的质量比为1:(200-1000)。
9、作为本发明的进一步优选技术方案，所述密闭夹层空间内的热致变色凝胶涂层具有多个，不同的热致变色凝胶涂层采用的羧甲基纤维素钠与n-异丙基丙烯酰胺的配比不同，且多个热致变色凝胶涂层相互重叠或错列设置。
10、作为本发明的进一步优选技术方案，光交联聚合过程中，紫外光的波长为365 nm，紫外光照时间为2-5 min。
11、根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户的制备方法，包括以下步骤：
12、s1、将羧甲基纤维素钠与n-异丙基丙烯酰胺加入水中混均，得到粘稠状溶液；
13、s2、将交联剂和光引发剂加入到粘稠状溶液中混均，得到反应前驱液；
14、s3、将反应前驱液按预设平面图案涂附于玻璃基材表面，静置除泡或真空除泡，
15、s4、将除泡后的玻璃基材与另一玻璃基材组装形成具有密闭夹层空间的双层玻璃，并使涂附的反应前驱液位于该密闭夹层空间内，且两层玻璃基材之间的间距大于反应前驱液的涂附厚度，然后于温度为0~10 ℃及紫外光照射下进行光交联聚合。
16、作为本发明的进一步优选技术方案，步骤s3中，采用印刷、刮涂或3d打印的方式将反应前驱液按预设平面图案涂附于玻璃基材表面。
17、本发明以羧甲基纤维素钠与n-异丙基丙烯酰胺配制的热致变色凝胶为智能窗户（又称智能热管理窗户）中提供了良好的自适应光谱调节性能。通过印刷、刮涂和3d打印等技术实现了热致变色凝胶在玻璃表面的图案化，从而构筑了具有多级光调控性能的新型智能热管理窗户，可以很好地平衡室内能见度和热管理要求。此外，于密闭夹层空间内，热致变色凝胶还提供了蒸发冷却性能所需水源。低导热率的密闭夹层空间具有三个关键功能：（1）增强凝胶与外部环境之间的热传导阻力；（2）提供热致变色凝胶水蒸发的空间；（3）通过空腔和凝胶层的集成，建立一个水蒸发和吸收的自循环系统。对于这种新型的窗户结构，热致变色凝胶优选设置于双层玻璃的室内侧，由于密闭夹层空间的隔热作用，靠近窗户内侧的热致变色凝胶可以快速响应室内温度的变化，以保持舒适的室内温度。而且，更重要的是，热量是水蒸发循环过程的驱动因素。
18、智能窗户的多级结构创新设计为建筑或汽车窗户光/热调控的能源节约开辟了一条新途径，而且制备过程简单，制备周期极短，适用于规模化生产。
19、与现有技术相比，可以达到如下有益效果：
20、1）本发明提供的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户展现出高效、零能耗、自适应切换热管理模式的特点。该窗户还具备大规模制备和低成本的优点。
21、2）本发明提供的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户是通过感知温度变化来无能耗的自主调节太阳光谱吸收/反射率，制冷过程还耦合了蒸发冷却机制。
22、3）本发明提供的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户提升了窗户的传热阻力能够避免室内外的大量热传导，同时缓解了凝胶的响应迟滞行为。
1.一种耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，包括具有密闭夹层空间的双层玻璃，所述双层玻璃的至少一块玻璃表面涂覆有位于所述密闭夹层空间内的热致变色凝胶涂层，且所述密闭夹层空间的厚度大于所述热致变色凝胶涂层的厚度；
2.根据权利要求1所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，所述双层玻璃的四周设有密封垫，所述密封垫用于将双层玻璃的两片玻璃隔开并密封。
3.根据权利要求1所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，所述热致变色凝胶涂层的厚度为0.5-5 mm，所述密闭夹层空间的厚度为2-10 mm。
4.根据权利要求1所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，所述密闭夹层空间填充有氮气、氩气或空气。
5.根据权利要求1所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮。
6.根据权利要求1所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，所述交联剂与n-异丙基丙烯酰胺的质量比为1:(200-1000)。
7.根据权利要求1所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，所述密闭夹层空间内的热致变色凝胶涂层具有多个，不同的热致变色凝胶涂层采用的羧甲基纤维素钠与n-异丙基丙烯酰胺的配比不同，且多个热致变色凝胶涂层相互重叠或错列设置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户，其特征在于，光交联聚合过程中，紫外光的波长为365 nm，紫外光照时间为2-5 min。
9.一种权利要求1-8任一项所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的耦合蒸发冷却和多级光调控的智能窗户的制备方法，其特征在于，步骤s3中，采用印刷、刮涂或3d打印的方式将反应前驱液按预设平面图案涂附于玻璃基材表面。
