一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于纳米多孔材料和光调控技术领域，尤其涉及一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.气凝胶，是一种具有三维纳米多孔网络结构的材料。透明气凝胶，由于其特殊的光学透光性能，使得其作为一类重要的功能化气凝胶而引起了研究者的广泛关注。根据成分的不同，透明气凝胶主要包括二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛等在内的无机氧化物透明气凝胶和聚酰亚胺、壳聚糖、纳米纤维素、三聚氰胺
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甲醛等在内的有机透明气凝胶，这其中由于二氧化硅气凝胶的制备工艺比较成熟，使得透明二氧化硅气凝胶及其制备方法研究更加充分，但同时其它类型的透明气凝胶也逐渐涌现出来。透明气凝胶具有高透光、轻质、高隔热等显著特点，当其作为采光玻璃用于建筑物的门窗、屋顶、幕墙等处时，比常规玻璃具有减轻建筑物重量、保温隔热、节能环保等突出优势。鉴于此，已有众多的发明专利报道了多种多样的透明气凝胶及其气凝胶玻璃的制备，例如中国专利申请cn101468798a、 cn105271263a、cn108328621a、cn108623175a、cn105179879a、cn109989681a 等。
3.然而，目前制备的玻璃用透明气凝胶其透光性是固定的，无法根据个人需求、应用场景进行透明和不透明的切换，在不需要采光时，必须依靠窗帘或者百叶窗等进行遮光处理。在未来智能家居领域，气凝胶门窗、穹顶、幕墙玻璃，确保建筑物优异的保温隔热效果的前提下，在白天工作的情况下需要有极佳的采光效果，而在晚上休息的时候则需要优异的遮光效果，因而需要开发出新一代可调光性智能气凝胶及其玻璃，满足高端建筑玻璃、汽车玻璃、航空玻璃、显示玻璃等场景对透明可调光学功能的需求。
4.中国专利申请cn109126643a报道了一种自调光型透明复合气凝胶材料，夹在两层二氧化硅气凝胶胶层之间的由vo2纳米粒子构成的光致变色层，vo2是典型的热致变色材料，相变时，由低温单斜金红石结构变为高温四方金红石结构，在红外光区域的光学透射性能发生开
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关可逆性转变。但是，该专利申请中的这种自调光型透明复合气凝胶材料具有以下明显缺点，首先，对光的透射率的变化是在红外波段，不能满足实际生活中需要在可见光波段下透光性发生变化的需求；其次，在低温下透明、在高温下不透明的趋势，与日常生活中白天(高温下)需要透光、夜晚(低温下)需要遮光的实际需求完全相反；再次，其透明/不透明的切换是依赖于环境温度变化而发生的，是一种被动的、低响应速度的、低灵敏度的方式，无法及时根据用户反馈而快速调整透光性；最后，这种策略不具备通用性，无法用于除了二氧化硅气凝胶之外的其它多种多样的透明气凝胶材料体系。
5.因此，亟需开发出一种针对透明气凝胶的通用透光性调控方法，使得制备出的智能气凝胶材料能主动、快速、高灵敏度、可逆地调节其在可见光波段下的透光性，在建筑、信息、电子、能源以及国防等方面都有广泛的用途。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料及其制备方法和应用。本发明方法通过在透明气凝胶表面依次键合非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜制得了可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料，本发明制得的所述气凝胶复合材料的透光性可通过电致热调控的方式进行主动、快速、灵敏、安全、高效、长期地调控；本发明方法适应于在多种透明气凝胶的表面依次键合非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜，从而能得到多种可通过电致热调控透光性的透明气凝胶复合材料。
7.本发明在第一方面提供了一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
8.(1)提供ito导电薄膜，然后将pdms前聚物和石蜡混合均匀，得到pdms 前聚物/石蜡混合物，然后将所述pdms前聚物/石蜡混合物抽真空消泡后旋涂到提供的所述ito导电薄膜的表面并进行热固化，得到包括pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜；
9.(2)将步骤(1)得到的所述双层薄膜进行原子层沉积，得到依次包括非晶阻隔层、pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；
10.(3)对步骤(2)得到的所述三层薄膜进行表面等离子体处理使得所述三层薄膜包括的所述非晶阻隔层的表面富含羟基，得到依次包括表面富含羟基的非晶阻隔层、pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的等离子体处理薄膜；
11.(4)提供透明气凝胶，并对透明气凝胶进行表面等离子体处理使得所述透明气凝胶的一侧表面富含羟基，得到表面富含羟基的等离子体处理透明气凝胶；
12.(5)使步骤(3)得到的所述等离子体处理薄膜包括的所述非晶阻隔层富含羟基的表面和步骤(4)得到的所述等离子体处理透明气凝胶富含羟基的表面相接触并进行热压处理，制得可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料。
13.优选地，所述pdms前聚物为184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂组成的混合物，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为 (10～20)：1优选为15:1；所述石蜡为熔点为50～100℃的烷烃混合物；和/或在步骤(1)中，所述pdms前聚物和所述石蜡的质量比为1：(0.1～0.7)优选为1:0.5。
14.优选地，在步骤(1)中，所述旋涂的转速为2500～3500rpm优选为3000rpm，所述旋涂的时间为5～50s优选为20s；在步骤(1)中，所述热固化的温度为50～120℃优选为80℃，所述热固化的时间为2～16h优选为8h；和/或在步骤(1)中，所述 pdms
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石蜡透明调节薄层的厚度为5～40μm优选为15μm。
15.优选地，在步骤(2)中，将步骤(1)得到的所述双层薄膜进行原子层沉积包括如下子步骤：
16.(a)将所述双层薄膜放置入ald设备腔体中，使第一反应前体以脉冲的方式进入ald设备腔体中并化学吸附在所述双层薄膜包括的所述pdms
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石蜡透明调节薄层的表面，待所述pdms
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石蜡透明调节薄层的表面吸附饱和后，用氮气将多余的第一反应前体吹扫出ald设备腔体；
17.(b)使第二反应前体以脉冲的方式进入ald设备腔体中并与步骤(a)中化学吸附在所述双层薄膜包括的所述pdms
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石蜡透明调节薄层的表面的第一反应前体发生沉积反应，
待反应完全后再用氮气将多余的第二反应前体及发生沉积反应后产生的副产物吹扫出ald设备腔体，在所述双层薄膜上形成非晶阻隔层；
18.(c)依次重复步骤(a)和步骤(b)多次，直至所述非晶阻隔层的厚度达到预设厚度。
19.优选地，所述第一反应前体为三甲基铝、二甲基氯化铝、氯化铝、异丙氧化二甲基铝中的一种或多种，优选的是，所述第一反应前体为三甲基铝；第一反应前体的脉冲时间为0.08～0.25s优选为0.15s；在步骤(a)中，用氮气进行吹扫的时间为 10～80s优选为30s；所述第二反应前体为超纯水、过氧化氢、臭氧中的一种或多种，优选的是，所述第二反应前体为超纯水；第二反应前体的脉冲时间为0.1～0.35s优选为0.25s；在步骤(b)中，用氮气进行吹扫的时间为30～120s优选为60s；所述第一反应前体和所述第二反应前体进行沉积反应的温度为40～100℃优选为65℃；在步骤(c)中，依次重复步骤(a)和步骤(b)的次数为50～500次优选为200次；和/或步骤(c)得到的所述非晶阻隔层的厚度为5～50nm优选为20nm。
20.优选地，所述透明气凝胶为透明二氧化硅气凝胶、透明氧化铝气凝胶、透明氧化锆气凝胶、透明氧化钛气凝胶、透明聚酰亚胺气凝胶、透明壳聚糖气凝胶、透明纳米纤维素气凝胶、透明三聚氰胺
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甲醛气凝胶中的一种或多种，优选的是，所述透明气凝胶为透明二氧化硅气凝胶。
21.优选地，在步骤(3)和/或步骤(4)中进行表面等离子体处理的工作气氛为空气、氧气、氮气、氨气中的一种或多种，优选的是，进行表面等离子体处理的工作气氛为空气；和/或在步骤(3)和/或步骤(4)中进行表面等离子体处理的功率为20～500w优选为100w；和/或在步骤(3)和/或步骤(4)中进行表面等离子体处理的时间为10～300s优选为60s。
22.优选地，在步骤(5)中，所述热压处理的热压压力为0.1～1mpa优选为0.3mpa，所述热压处理的热压温度为60～150℃优选为90℃，和/或所述热压处理的热压时间为1～30min优选为10min。
23.本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料；优选的是，所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料具有如下一个或多个性质：所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的透光性调控是通过施加电压主动可控的，且所需施加电压最低至8v；所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的透光性可以通过调控所施加电压数值在15％到85％的范围内精确调节；所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的不透明/透明切换响应速度快，快至3s以内；所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的光学性能稳定、隔热性能稳定、使用寿命长。
24.本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料在智能家居领域、绿色建筑领域、节能环保领域、商业展示领域、广告宣传领域、精密电子领域、航空航天领域或国防安全领域中的应用。
25.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
26.(1)本发明制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料(简记为气凝胶复合材料)与现有其它技术中透光性可调控的透明气凝胶相比，本发明制得的所述气凝胶复合材料的透光性是可电致热调控的，电致热调控是一种主动调控策略，通过对本发明中所述的气凝胶复合材料包括的所述ito导电薄膜施加电压进行加热，使得pdms
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石蜡透明调节薄层中的石蜡发生熔化变成透明状态，当断开电源时，pdms
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石蜡透明调节薄层中的石蜡会
重新凝固变成不透明状态，这种透明/不透明切换完全是主动可控的，可以根据用户需求迅速发生改变，具有巨大的实际应用价值，远远优于采用石蜡随环境温度的变化被动发生熔化
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凝固相变而进行透光性调控的方式。
27.(2)本发明方法适用于在不同类型透明气凝胶的表面依次键合致密非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜从而得到可通过电致热调控透光性的多种类型的气凝胶复合材料，例如不仅适用于常规的二氧化硅透明气凝胶，也适用于氧化铝、氧化锆、氧化钛等在内其它无机氧化物透明气凝胶以及聚酰亚胺、壳聚糖、纳米纤维素、三聚氰胺
‑
甲醛等在内的有机透明气凝胶。
28.(3)本发明制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料，其透明/不透明切换响应速度快，当施加30v电压时，pdms
‑
石蜡透明调节薄层的局部温度在 3s内例如可以由25℃升高到80℃，pdms高分子骨架中的固态石蜡迅速发生熔化变成液体，例如二氧化硅气凝胶复合材料透光率由15％快速升高到85％。
29.(4)本发明制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料，其pdms
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石蜡透明调节薄层中石蜡在历经数万次开关电压循环操作中不会发生任何泄漏，不仅保证了气凝胶复合材料的光学性能及隔热性能的稳定性，而且极大地延长了该材料的使用寿命。这一方面归因于pdms
‑
石蜡透明调节薄层中石蜡被锁定在 pdms高分子骨架结构中，初步限制了石蜡的扩散；另一方面则很大程度因为ald 沉积的均匀、致密、纳米级厚度可控的非晶阻隔层的密封和阻隔作用，使得石蜡无法扩散泄漏出来。
附图说明
30.图1是本发明制备可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的反应原理图。图中，透明调节/导电双层薄膜为pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄层的双层薄膜的简称，阻隔/透明调节/导电三层薄膜为非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层 /ito导电薄膜的三层薄膜的简称，表面富含羟基的阻隔/透明调节/导电三层薄膜为表面富含羟基的非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜的简称。
31.图2是本发明实施例1制得的pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄层的双层薄膜的外形图。图中，1表示pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄层的双层薄膜。
32.图3是本发明实施例1在pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄层的双层薄膜上进行ald沉积得到厚度为20nm的均匀致密非晶氧化铝阻隔层的元素分布图。
33.图4是本发明实施例1制得的非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜在表面等离子体处理前的接触角测量图。
34.图5是本发明实施例1制得的非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜在表面等离子体处理后的接触角测量图。
35.图6是本发明实施例1制得的透明二氧化硅气凝胶放置在一张写满字样 aerogel(气凝胶)的纸上的外形图。图中，2表示透明二氧化硅气凝胶。
36.图7是本发明实施例1制得的可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料在施加电压后变成透明的外形图。图中，3表示可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料。
37.图8是本发明实施例1制得的可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材
料在断开电压后变成不透明的外形图。图中，3表示可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明在第一方面提供了一种可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
40.(1)提供ito导电薄膜(也记作ito导电层)，然后将pdms前聚物和石蜡 (熔化后的石蜡)混合均匀，得到pdms前聚物/石蜡混合物，然后将所述pdms 前聚物/石蜡混合物抽真空消泡后旋涂到提供的所述ito导电薄膜的表面并进行热固化，在所述ito导电薄膜的一侧表面(ito层的表面)上得到pdms
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石蜡透明调节薄层，从而得到包括pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜；在本发明中，也将包括pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜记作 pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的双层薄膜；在本发明中，所述pdms前聚物为聚二甲基硅氧烷前聚物；需要说明的是，所述ito导电薄膜，是ito层镀在pmma、pc、pet、玻璃片等ito基材上，即所述ito导电薄膜包括ito基材和镀在所述ito基材上的ito层；在本发明中，所述pdms前聚物/石蜡混合物是旋涂在所述ito层的表面上得到所述pdms
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石蜡透明调节薄层的；其中ito层即为ito薄膜(也记作氧化铟锡薄膜)，是一种n型半导体材料，具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性，所述ito基材采用pmma、 pc、pet或玻璃片制成；本发明对所述ito导电薄膜的厚度没有特别的要求，例如所述ito导电薄膜包括的所述ito层的厚度可以为30～80nm，而所述ito导电薄膜包括的所述ito基材的厚度可以为80～200μm；在本发明中，将所述pdms前聚物/石蜡混合物抽真空消泡例如为将所述pdms前聚物/石蜡混合物放置于不低于石蜡对应的熔点温度的真空干燥箱中进行脱气消泡1～10min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。
41.(2)将步骤(1)得到的所述双层薄膜进行原子层沉积(ald)，得到依次包括非晶阻隔层(也记作致密非晶阻隔层)、pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；在本发明中，在步骤(1)得到的所述双层薄膜包括的所述pdms
‑ꢀ
石蜡透明调节薄层远离所述ito导电薄膜的一侧表面上进行原子层沉积改性，在所述pdms
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石蜡透明调节薄层的表面覆盖有致密非晶阻隔层，从而得到依次包括非晶阻隔层、pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；在本发明中，也将包括非晶阻隔层、pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜记作非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜。
42.(3)对步骤(2)得到的所述三层薄膜进行表面等离子体处理使得所述三层薄膜包括的所述非晶阻隔层表面富含羟基，得到依次包括表面富含羟基的非晶阻隔层、pdms
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石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的等离子体处理薄膜，在本发明中，所述等离子体处理薄膜即为依次包括ito导电薄膜、pdms
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石蜡透明调节薄层和表面富含羟基的非晶阻隔层的三层薄膜；在本发明中，对所述三层薄层进行表面等离子体处理后使得所述非晶阻隔层的表面富含羟基，即可认为最终得到的所述等离子体处理薄膜的表面富含羟基；在本发明中，对所述
非晶阻隔层远离所述pdms
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石蜡透明调节薄层的一侧表面进行表面等离子体处理后使得所述非晶隔离层的表面富含羟基等高反应活性基团。
43.(4)提供透明气凝胶，并对透明气凝胶进行表面等离子体处理使得所述透明气凝胶的一侧表面富含羟基，得到表面富含羟基的等离子体处理透明气凝胶；在本发明中，并对透明气凝胶的一侧表面进行表面等离子体处理后使得所述透明气凝胶的表面富含羟基等高反应活性基团；在本发明中，所述透明气凝胶例如可以为现有技术中常规的二氧化硅透明气凝胶，也可以为氧化铝、氧化锆、氧化钛等在内其它无机氧化物透明气凝胶以及聚酰亚胺、壳聚糖、纳米纤维素、三聚氰胺
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甲醛等在内的有机透明气凝胶。
44.(5)使步骤(3)得到的所述等离子体处理薄膜包括的所述非晶阻隔层富含羟基的表面和步骤(4)得到的所述等离子体处理透明气凝胶富含羟基的表面相接触并进行热压处理，使得相接触的表面发生键合反应，制得可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料；在本发明中，也将所述热压处理记作表面热压处理或表面接触热压处理。
45.本发明制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料(简记为气凝胶复合材料)与现有其它技术中透光性可调控的透明气凝胶相比，本发明制得的所述气凝胶复合材料的透光性是可电致热调控的，电致热调控是一种主动调控策略，通过对本发明中所述的气凝胶复合材料包括的所述ito导电薄膜施加电压进行加热，使得pdms
‑
石蜡透明调节薄层中的石蜡发生熔化变成透明状态，当断开电源时， pdms
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石蜡透明调节薄层中的石蜡会重新凝固变成不透明状态，这种透明/不透明切换完全是主动可控的，可以根据用户需求迅速发生改变，具有巨大的实际应用价值，远远优于采用石蜡随环境温度的变化被动发生熔化
‑
凝固相变而进行透光性调控的方式。本发明方法在透明气凝胶的表面依次键合致密非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜即可使得所述透明气凝胶的透光性可以电致热调控，透明气凝胶透光性的可调控是基于施加电压产生热量使石蜡发生相变实现的，与采用的透明气凝胶的种类没有关系，因此适用于在不同类型透明气凝胶的表面依次键合致密非晶阻隔层/pdms
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石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的三层薄膜从而得到可通过电致热调控透光性的多种类型的气凝胶复合材料；本发明制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料，其透明/不透明切换响应速度快，且能根据ito导电薄膜的电阻(5
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10
‑4ω
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cm)确定电压；当施加30v电压时，pdms
‑ꢀ
石蜡透明调节薄层的局部温度在3s内例如可以由25℃升高到80℃，pdms高分子骨架中的固态石蜡迅速发生熔化变成液体，例如二氧化硅气凝胶复合材料透光率由15％快速升高到85％；本发明制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料，其pdms
‑
石蜡透明调节薄层中石蜡在历经数万次开关电压循环操作中不会发生任何泄漏，不仅保证了气凝胶复合材料的光学性能及隔热性能的稳定性，而且极大地延长了该材料的使用寿命。这一方面归因于pdms
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石蜡透明调节薄层中石蜡被锁定在pdms高分子骨架结构中，初步限制了石蜡的扩散；另一方面则很大程度因为ald沉积的均匀、致密、纳米级厚度可控的非晶阻隔层的密封和阻隔作用，使得石蜡无法扩散泄漏出来。
46.根据一些优选的实施方式，所述pdms前聚物(也记作184硅橡胶混合物) 为184硅橡胶的预聚物和184硅橡胶的固化剂组成的混合物，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂的质量比为(10～20)：1(例如10:1、11:1、12:1、 13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1或20:1)优选为15:1；在本发明中，所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶
的固化剂的质量比优选为(10～20)：1，若所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂两者的质量比过高，则会导致形成的所述pdms前聚物聚合速度慢且不充分，若所述184硅橡胶的预聚物和所述184硅橡胶的固化剂两者的质量比过低，则会导致所述pdms前聚物聚合速度过快且不均匀；这两种情况均会影响pdms前聚物的聚合效果，进而影响对石蜡的锁定效果；在本发明中，所述184硅橡胶为道康宁184硅橡胶，道康宁184 硅橡胶包括a组分：预聚物，和b组分：固化剂；在形成所述184硅橡胶混合物 (即184硅橡胶)时，将a组分和b组分混合即可；所述石蜡为熔点为50～100℃的烷烃混合物；在本发明中，所述石蜡优选为选用商品化可购买的烷烃混合物，颜色为白色，熔点在50～100℃范围内按需可选即可；和/或在步骤(1)中，所述pdms 前聚物和所述石蜡的质量比为1：(0.1～0.7)(例如1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、 1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5、1:0.55、1:0.6、1:0.65或1:0.7)优选为1:0.5；在本发明中，优选为所述pdms前聚物和所述石蜡的质量比为1：(0.1～0.7)，若石蜡的含量过低了，起不到透明调节作用；石蜡含量过高了，形成的pdms聚合物网络结构无法有效锁住石蜡，导致石蜡熔化再凝固过程中非常容易析出，泄露风险大。
47.根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述旋涂的转速为2500～3500rpm 优选为3000rpm，所述旋涂的时间为5～50s(例如5、10、15、20、25、30、35、 40、45或50s)优选为20s；在步骤(1)中，所述热固化的温度为50～120℃(例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃)优选为80℃，所述热固化的时间为2～16h(例如2、4、6、8、10、12、14或16h)优选为8h；和/或在步骤(1)中，所述pdms
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石蜡透明调节薄层的厚度为5～40μm(例如5、10、15、20、25、30、35或40μm)优选为15μm；在本发明中，pdms
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石蜡透明调节薄层厚度如果太小，主要影响低温状态下的不透明度；而厚度如果太大，主要影响高温状态下的透明度，选择合适的厚度使低温状态下的不透明度和高温状态下的透明度在一个平衡、可接受的数值；在本发明的一些优选实施例中，所述pdms
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石蜡透明调节薄层的厚度大于所述非晶阻隔层的厚度，这是因为pdms
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石蜡透明调节薄层的厚度直接影响该薄层在低温状态下的不透明度和高温状态下的透明度， pdms
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石蜡透明调节薄层稍微厚点，在低温状态下(石蜡是凝固态)的不透明度会高些，而高温状态下(石蜡是液态)的透明度影响相对小。
48.根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，将步骤(1)得到的所述双层薄膜进行原子层沉积(ald)包括如下子步骤：
49.(a)将所述双层薄膜放置入ald设备腔体(也记作ald设备反应腔)中，使第一反应前体以脉冲的方式进入ald设备腔体中并化学吸附在所述双层薄膜包括的所述pdms
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石蜡透明调节薄层的表面，待所述pdms
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石蜡透明调节薄层的表面吸附饱和后，用氮气将多余的第一反应前体吹扫出ald设备腔体；
50.(b)使第二反应前体以脉冲的方式进入ald设备腔体中并与步骤(a)中化学吸附在所述双层薄膜包括的所述pdms
‑
石蜡透明调节薄层的表面的第一反应前体发生沉积反应，待反应完全后再用氮气将多余的第二反应前体及发生沉积反应后产生的副产物吹扫出ald设备腔体，在所述双层薄膜上形成非晶阻隔层；
51.(c)依次重复步骤(a)和步骤(b)多次，直至所述非晶阻隔层的厚度达到预设厚度；在本发明中，依次进行一次步骤(a)和步骤(b)记作完成一次ald 循环。
52.ald是一种特殊的化学气相沉积技术，前驱体和反应物以交替脉冲形式进入 ald设备腔体室，是基于自限制气固表面反应的逐层沉积过程，以界面反应来沉积均匀致密的
薄膜。此外，可以不断重复逐层沉积，直到获得所需的薄层厚度。ald 适用于制备厚度均匀且致密的高性能无机膜，相比于其他的薄膜沉积技术，具有薄膜均一性好、致密性好、界面质量好、纯度高、保型性好、台阶覆盖率高等显著优点。
53.根据一些优选的实施方式，所述第一反应前体为三甲基铝、二甲基氯化铝、氯化铝、异丙氧化二甲基铝中的一种或多种，优选的是，所述第一反应前体为三甲基铝；第一反应前体的脉冲时间为0.08～0.25s(例如0.08、0.09、0.1、0.12、0.15、 0.18、0.2、0.22或0.25s)优选为0.15s；在步骤(a)中，用氮气进行吹扫的时间为10～80s(例如10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75或 80s)优选为30s；所述第二反应前体为超纯水、过氧化氢、臭氧中的一种或多种，优选的是，所述第二反应前体为超纯水；在本发明中，所述超纯水又称up水，是指电阻率达到18mω
×
cm(25℃)的水；第二反应前体的脉冲时间为0.1～0.35s(例如0.1、0.15、0.2、0.25、0.3或0.35s)优选为0.25s；在步骤(b)中，用氮气进行吹扫的时间为30～120s(例如30、40、50、60、70、80、90、100、110或120s) 优选为60s；所述第一反应前体和所述第二反应前体进行沉积反应的温度为40～100℃ (例如40℃、45℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或 100℃)优选为65℃；在步骤(c)中，依次重复步骤(a)和步骤(b)的次数为 50～500次优选为200次(例如50、100、150、200、250、300、350、400、450或 500次)；和/或步骤(c)得到的所述非晶阻隔层的厚度为5～50nm(例如5、10、 15、20、25、30、35、40、45或50nm)优选为20nm；在本发明中，所述非晶阻隔层的作用是在不影响材料整体透明度的同时起着隔离作用，在本发明中，所述非晶阻隔层的厚度优选为5～50nm，本发明发现，若所述非晶阻隔层的厚度太厚将极大影响透明性，而太薄则起不到隔离作用；在本发明中，优选为形成的所述非晶阻隔层为致密非晶氧化铝阻隔层，所述致密非晶氧化铝阻隔层能有效防止pdms
‑
石蜡透明调节薄层中的石蜡在受热熔化时渗入到气凝胶内部，能有效避免石蜡对气凝胶结构及透明性能、隔热性能的破坏。
54.根据一些优选的实施方式，所述透明气凝胶为透明二氧化硅气凝胶、透明氧化铝气凝胶、透明氧化锆气凝胶、透明氧化钛气凝胶、透明聚酰亚胺气凝胶、透明壳聚糖气凝胶、透明纳米纤维素气凝胶、透明三聚氰胺
‑
甲醛气凝胶中的一种或多种，优选的是，所述透明气凝胶为透明二氧化硅气凝胶；本发明中的透明气凝胶采用现有技术制备的透明气凝胶即可。
55.根据一些优选的实施方式，在步骤(3)和/或步骤(4)中进行表面等离子体处理的工作气氛为空气、氧气、氮气、氨气中的一种或多种，优选的是，进行表面等离子体处理的工作气氛为空气；和/或在步骤(3)和/或步骤(4)中进行表面等离子体处理的功率为20～500w(例如20、50、100、150、200、250、300、350、 400、450或500w)优选为100w；和/或在步骤(3)和/或步骤(4)中进行表面等离子体处理的时间为10～300s(例如10、30、60、100、150、200、250或300s) 优选为60s。
56.根据一些优选的实施方式，在步骤(5)中，所述热压处理的热压压力为 0.1～1mpa(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1mpa)优选为0.3mpa，所述热压处理的热压温度为60～150℃(例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、 110℃、120℃、130℃、140℃或150℃)优选为90℃，和/或所述热压处理的热压时间为1～30min(例如1、3、5、8、10、15、20、25或30min)优选为10min；本发明发现，若热压压力太大，容易破坏强度相对较弱的气凝胶，若热压压力太小，则起不到界面热压反应的效果；若热压温度太高，某些耐温性差的气凝胶会发
生收缩或者氧化，破坏了结构；而若热压温度太低，则起不到界面热压反应的效果；若热压时间太长，会影响操作效率，且气凝胶在长时热压操作下有结构破坏的风险，而若热压时间太短，则同样起不到界面热压反应的效果，因此，在本发明中，优选为所述热压处理的热压压力为0.1～1mpa，所述热压处理的热压温度为60～150℃，所述热压处理的热压时间为1～30min。
57.本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料。
58.根据一些优选的实施方式，所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料具有如下一个或多个性质：所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的透光性调控是通过施加电压主动可控的，不依赖于环境温度变化，而且所需施加电压最低至8v，非常安全；所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的透光性可以通过调控所施加电压数值根据需要在15％到85％的范围内精确调节；所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的不透明/透明切换响应速度快，快至3s 以内；所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的光学性能稳定、隔热性能稳定、使用寿命长，在透明/不透明开关循环10000次后，透光下的透光率和不透光下的透光率基本保持稳定。在本发明中，透明/不透明开关循环指的是通过对ito 导电薄膜施加电压进行加热，使得pdms
‑
石蜡透明调节薄层中的石蜡发生熔化变成透明状态，当断开电源时，pdms
‑
石蜡透明调节薄层中的石蜡会重新凝固变成不透明状态，这种透明/不透明切换记作一次透明/不透明开关循环。
59.特别说明的是，本发明所述的透光率均指的是厚度为10mm、样品在550nm处的透光率，以550nm处透光率为指标，这是因为人眼对可见光在波长550nm处的光最为敏感。在本发明中，用透光率表示透光性，透光性在所述气凝胶复合材料的外形上表示为透明性，本发明制得的所述可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料透光率高时，透光性好，外形上表现为透明(透明度高)，透光率低时，透光性差，外形上表现为不透明(透明度低)。
60.本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料在智能家居领域、绿色建筑领域、节能环保领域、商业展示领域、广告宣传领域、精密电子领域、航空航天领域或国防安全领域中的应用。
61.下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
62.实施例1
63.①
取15g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和1g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入8g熔化后的石蜡液体(熔点为70℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms前聚物/石蜡混合物。将上述pdms前聚物/石蜡混合物放置于70℃的真空干燥箱中进行脱气消泡2min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。将超透光ito导电薄膜放在匀胶机的吸盘上，将适量的澄清透明pdms前聚物/石蜡混合物倒至ito导电薄膜(电阻5
×
10
‑4ω
·
cm)远离匀胶机一侧的表面 (ito层的表面)，以3000rpm的旋涂转速和20s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述ito导电薄膜的表面铺有均匀厚度的pdms前聚物/石蜡混合物，然后放入 80℃的烘箱中烘烤8h使其完全热固化，在所述ito导电薄膜的表面上涂布有15μm 厚的pdms
‑
石蜡透明调节薄层，从而得到包括pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜。
64.②
将pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito导电层的双层薄膜放置入ald设备腔体中，将三
甲基铝(第一反应前体)利用氮气作为载气以0.15s脉冲的方式进入ald 设备腔体中并化学吸附在所述双层薄膜包括的所述pdms
‑
石蜡透明调节薄层的表面，待pdms
‑
石蜡透明调节薄层的表面吸附饱和后，用氮气将多余的三甲基铝吹扫出ald设备腔体，吹扫时间为30s。接着超纯水以0.25s脉冲的方式进入ald 设备腔体中，并与上一次化学吸附在双层薄膜表面的三甲基铝在65℃下发生沉积反应，待反应完全后再用氮气将多余的超纯水(第二反应前体)及沉积反应副产物吹扫出ald设备腔体，吹扫时间为60s，此即为完成了一次ald循环。循环上述 ald循环200次，即可在pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito导电层的双层薄膜上得到厚度为20nm的均匀致密非晶氧化铝阻隔层，从而得到依次包括致密非晶氧化铝阻隔层、pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜。
65.③
将致密非晶氧化铝阻隔层/pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito导电层的三层薄膜和透明二氧化硅气凝胶放入到功率为100w的表面等离子体设备的腔体中，在空气气氛下，室温下等离子体处理60s，即分别使得所述三层薄膜包括的所述致密非经氧化铝阻隔层的表面富含羟基和所述透明二氧化硅气凝胶的表面富含羟基，分别得到依次包括表面富含羟基的致密非晶氧化铝阻隔层、pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito导电薄膜的等离子体处理薄膜和表面富含羟基的透明二氧化硅气凝胶；其中，透明二氧化硅气凝胶的制备方法为：将60g甲醇、2g水、6g正硅酸甲酯，在室温下进行磁力搅拌均匀，然后逐滴加入浓度为0.5m的氨水溶液3ml，继续搅拌 5min，发生溶胶凝胶反应得到湿凝胶，经过老化、溶剂置换和超临界干燥后即得到透明二氧化硅气凝胶。
66.④
将所述等离子体处理薄膜富含羟基的表面和所述等离子体处理透明二氧化硅气凝胶富含羟基的表面对齐，施加0.3mpa的热压压力，在90℃下反应10min，使得所述等离子体处理薄膜和等离子体处理透明二氧化硅气凝胶的表面键合起来，即制备得到可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料。
67.测得本实施例制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料的密度、室温导热系数、透光率变化情况如表1所示；以及将本实施例制得的可通过电致热调控透光性的气凝胶复合材料经过10000次透明/不透明开关循环测试后其透光率变化情况如表2所示。
68.实施例2
69.实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
70.步骤
①
为：取15g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和1g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入1.6g熔化后的石蜡液体(熔点为50℃)(pdms 前聚物与石蜡的质量比为1:0.1)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms前聚物/石蜡混合物。将上述pdms前聚物/石蜡混合物放置于50℃的真空干燥箱中进行脱气消泡2min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。将超透光ito导电薄膜(电阻5
×
10
‑4ω
·
cm)放在匀胶机的吸盘上，将适量的澄清透明pdms前聚物/石蜡混合物倒至ito导电薄膜远离匀胶机一侧的表面(ito层的表面)，以3000rpm的旋涂转速和20s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述ito导电薄膜的表面铺有均匀厚度的pdms前聚物/石蜡混合物，然后放入80℃的烘箱中烘烤8h使其完全热固化，在所述ito导电薄膜的表面上涂布有5μm厚的pdms
‑
石蜡透明调节薄层，从而得到包括pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜。
71.在步骤
②
中，循环上述ald循环50次，即可在pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito 导电层的双层薄膜上得到厚度为5nm的均匀致密非晶氧化铝阻隔层，从而得到依次包括致密非晶
氧化铝阻隔层、pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；步骤
②
的其它内容与实施例1的步骤
②
中的内容相同。
72.在步骤
④
中，将所述等离子体处理薄膜富含羟基的表面和所述等离子体处理透明二氧化硅气凝胶富含羟基的表面对齐，施加0.1mpa的热压压力，在60℃下反应30min，使得所述等离子体处理薄膜和等离子体处理透明二氧化硅气凝胶的表面键合起来，即制备得到可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料；步骤
④
的其它内容与实施例1的步骤
④
中的内容相同。
73.实施例3
74.实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：
75.步骤
①
为：取15g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和1g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入11.2g熔化后的石蜡液体(熔点为100℃) (pdms前聚物与石蜡的质量比为1:0.7)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms前聚物/石蜡混合物。将上述pdms前聚物/石蜡混合物放置于100℃的真空干燥箱中进行脱气消泡2min，直至混合物变成无气泡的澄清透明液体。将超透光ito导电薄膜(电阻5
×
10
‑4ω
·
cm)放在匀胶机的吸盘上，将适量的澄清透明pdms前聚物/ 石蜡混合物倒至ito导电薄膜远离匀胶机一侧的表面(ito层的表面)，以3000rpm 的旋涂转速和20s的旋涂时间进行匀胶和甩胶，即在所述ito导电薄膜的表面铺有均匀厚度的pdms前聚物/石蜡混合物，然后放入80℃的烘箱中烘烤8h使其完全热固化，在所述ito导电薄膜的表面上涂布有40μm厚的pdms
‑
石蜡透明调节薄层，从而得到包括pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜。
76.在步骤
②
中，循环上述ald循环500次，即可在pdms
‑
石蜡透明调节薄层 /ito导电层的双层薄膜上得到厚度为50nm的均匀致密非晶氧化铝阻隔层，从而得到依次包括致密非晶氧化铝阻隔层、pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；步骤
②
的其它内容与实施例1的步骤
②
中的内容相同。
77.在步骤
④
中，将所述等离子体处理薄膜富含羟基的表面和所述等离子体处理透明二氧化硅气凝胶富含羟基的表面对齐，施加1mpa的热压压力，在150℃下反应1min，使得所述等离子体处理薄膜和等离子体处理透明二氧化硅气凝胶的表面键合起来，即制备得到可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料；步骤
④
的其它内容与实施例1的步骤
④
中的内容相同。
78.实施例4
79.实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
80.在步骤
①
中，取13.7g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和2.3g道康宁184 硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物与固化剂质量比为6:1)，并往其中加入8g熔化后的石蜡液体(熔点为70℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms前聚物/石蜡混合物；步骤
①
的其它内容与实施例1的步骤
①
中的内容相同。
81.实施例5
82.实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：
83.在步骤
①
中，取15.38g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和0.62g道康宁 184硅橡胶的固化剂于烧杯中(预聚物与固化剂质量比为25:1)，并往其中加入8g 熔化后的石蜡液体(熔点为70℃)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms前聚物/ 石蜡混合物；步骤
①
的其它
内容与实施例1的步骤
①
中的内容相同。
84.实施例6
85.实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：
86.在步骤
①
中，取15g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和1g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入14.4g熔化后的石蜡液体(熔点为70℃) (pdms前聚物与石蜡的质量比为1:0.9)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms前聚物/石蜡混合物；步骤
①
的其它内容与实施例1的步骤
①
中的内容相同。
87.实施例7
88.实施例7与实施例1基本相同，不同之处在于：
89.在步骤
①
中，取15g道康宁184硅橡胶的预聚物(基体)和1g道康宁184硅橡胶的固化剂于烧杯中，并往其中加入0.8g熔化后的石蜡液体(熔点为70℃) (pdms前聚物与石蜡的质量比为1:0.05)，并用玻璃棒充分搅拌均匀得到pdms 前聚物/石蜡混合物；步骤
①
的其它内容与实施例1的步骤
①
中的内容相同。
90.实施例8
91.实施例8与实施例1基本相同，不同之处在于：
92.在步骤
①
中，在所述ito导电薄膜的表面上涂布有3μm厚的pdms
‑
石蜡透明调节薄层，从而得到包括pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜；步骤
①
的其它内容与实施例1的步骤
①
中的内容相同。
93.在步骤
②
中，循环ald循环30次，即可在pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito导电层的双层薄膜上得到厚度为3nm的均匀致密非晶氧化铝阻隔层，从而得到依次包括致密非晶氧化铝阻隔层、pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；步骤
②
的其它内容与实施例1的步骤
②
中的内容相同。
94.实施例9
95.实施例9与实施例1基本相同，不同之处在于：
96.在步骤
①
中，在所述ito导电薄膜的表面上涂布有45μm厚的pdms
‑
石蜡透明调节薄层，从而得到包括pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的双层薄膜；步骤
①
的其它内容与实施例1的步骤
①
中的内容相同。
97.在步骤
②
中，循环ald循环600次，即可在pdms
‑
石蜡透明调节薄层/ito导电层的双层薄膜上得到厚度为60nm的均匀致密非晶氧化铝阻隔层，从而得到依次包括致密非晶氧化铝阻隔层、pdms
‑
石蜡透明调节薄层和ito导电薄膜的三层薄膜；步骤
②
的其它内容与实施例1的步骤
②
中的内容相同。
98.实施例10
99.实施例10与实施例1基本相同，不同之处在于：
100.步骤
④
为：将所述等离子体处理薄膜富含羟基的表面和所述等离子体处理透明二氧化硅气凝胶富含羟基的表面对齐，施加2mpa的热压压力，在90℃下反应 10min，使得所述等离子体处理薄膜和等离子体处理透明二氧化硅气凝胶的表面键合起来，即制备得到可通过电致热调控透光性的二氧化硅气凝胶复合材料。
101.对比例1
102.制备一种透明二氧化硅气凝胶，透明二氧化硅气凝胶的制备方法为：将60g甲醇、
2g水、6g正硅酸甲酯，在室温下进行磁力搅拌均匀，然后逐滴加入浓度为0.5m 的氨水溶液3ml，继续搅拌5min，发生溶胶凝胶反应得到湿凝胶，经过老化、溶剂置换和超临界干燥后即得到透明二氧化硅气凝胶。
103.104.105.106.[0107][0108]
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
[0109]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。