一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法

本发明属于光学材料，具体涉及一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法。

背景技术：

1、智能光学材料能够动态响应外界刺激并具有可调节的光传输特性，其在智能窗户(sw，smart window)、可穿戴生物传感器、滤波器以及电子皮肤等领域有巨大潜力。通过设计合理的sw系统，可以节省采暖、制冷和照明能源。因此，sw的探索对能源存储和降低能耗具有重要意义。

2、现有技术中，智能窗一般通过向器件中注入乙醇，又或者通过石蜡的物态变化等方式实现智能窗的光学变化，因而智能窗的表面存在介质粘性耗散的问题，致使服役稳定性差。同时，在实际的应用过程中，又存在雨水污染导致性能失效、自清洁能力弱等问题，大大降低了器件的性能和寿命，严重阻碍智能窗的实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中智能窗表面的耐用性能较差，并且不易进行光学切换的技术问题，本发明提供一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法。

2、本发明公开一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，包括以下步骤：

3、(1)ptfe模板的制备：提供ptfe板，利用飞秒激光在ptfe板的一侧加工刻蚀出呈线性阵列的多个平行的条形镂空，得到ptfe模板备用；

4、(2)c-smp液体的制备：将环氧树脂与环氧树脂固化剂混合，获得smp溶液；在所述smp溶液中掺入碳粉并充分搅拌均匀，直至液体呈均匀黑色，真空抽除液体中的气泡，得到c-smp溶液备用；

5、(3)转印及固化脱模：将ptfe模板置于玻璃片上固定，使条形镂空与玻璃片形成条形凹槽；将c-smp溶液倾倒在ptfe模板上，使条形凹槽内填充满c-smp溶液，然后真空抽除ptfe模板内的气泡；

6、刮除ptfe模板一侧外表面的c-smp溶液，使c-smp溶液仅填充在条形凹槽内；再取smp溶液均匀覆盖在ptfe模板表面形成一层基底，经过65℃加热固化4h后，将smp基底同粘连的呈线性阵列的c-smp微板从模板中脱模，得到光控可编程超疏水形状记忆智能窗样品。

7、作为上述方案的进一步改进，步骤(1)中，所述飞秒激光的加工功率为500mw，加工速度为2mm/s，循环次数为50次。

8、作为上述方案的进一步改进，步骤(1)，在呈线性阵列的多个平行的条形镂空中，相邻条形镂空的间距为0.3-0.7mm。

9、作为上述方案的进一步改进，步骤(2)，所述环氧树脂与环氧树脂固化剂的质量比为3:1，所述碳粉掺杂量为smp溶液质量的0.2％～5％。

10、作为上述方案的进一步改进，所述碳粉的纯度不低于99.9％。

11、作为上述方案的进一步改进，步骤(3)中，所述取smp溶液均匀覆盖在ptfe模板表面形成一层基底的具体过程为：在ptfe模板上倒入smp溶液，使其完全覆盖在模板表面，置于匀胶机，保持转速为1000r/min，时间为30s。

12、本发明公开一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗，其采用上述飞秒激光加工方法制备而成。智能窗包括基底，以及基底一侧附着的呈线性阵列的多个平行的微板。

13、进一步地，微板的可见光透过率小于基底，且每块微板均能在光控条件下可编程的实现直立状态与弯曲状态的可逆切换，并在呈弯曲状态时遮蔽与相邻一侧微板之间的基板，从而实现光响应下的区域透光度的可逆变化。

14、进一步地，所述智能窗微板在直立状态下具有超疏水的特性，当智能窗微板向一侧弯曲时具有亲水的效果。

15、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

16、1、本发明结合碳粉的光热效应与smp溶液的形状记忆效应，通过飞秒激光加工技术将smp与碳粉混合并应用于智能光学领域，获得了光控可编程超疏水形状记忆智能窗，解决了现有智能窗存在的低耐久性、无疏水性和能源成本等问题，可以较好地应用于各类恶劣环境，同时具有快速响应的特性。

17、2、本发明制备得到的智能窗在改变光透过率的过程中，无需对智能窗的物理结构造成破坏，只要通过光控即可实现可编程的形状记忆，实现智能窗表面微板阵列的弯曲与直立的结构转变从而改变透光率，使得智能窗的光学切换可逆，并且可以多次循环且长期放置。

18、3、本发明智能窗的制备方法工艺简单，可以实现规模化生产。

技术特征：

1.一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，其特征在于：步骤(1)中，所述飞秒激光的加工功率为500mw，加工速度为2mm/s，循环次数为50次。

3.根据权利要求1或2所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，其特征在于：步骤(1)，在呈线性阵列的多个平行的条形镂空中，相邻条形镂空的间距为0.3-0.7mm。

4.根据权利要求1所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，其特征在于：步骤(2)，所述环氧树脂与环氧树脂固化剂的质量比为3:1，所述碳粉掺杂量为smp溶液质量的0.2％～5％。

5.根据权利要求1或4所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，其特征在于：所述碳粉的纯度不低于99.9％。

6.根据权利要求1所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，其特征在于，步骤(3)中，所述取smp溶液均匀覆盖在ptfe模板表面形成一层基底的具体过程为：在ptfe模板上倒入smp溶液，使其完全覆盖在模板表面，置于匀胶机，保持转速为1000r/min，时间为30s。

7.一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗，其特征在于，其采用如权利要求1至6中任意一项所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法加工而成。

8.根据权利要求7所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗，其特征在于：所述智能窗包括基底，以及基底一侧附着的呈线性阵列的多个平行的微板。

9.根据权利要求8所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗，其特征在于：微板的可见光透过率小于基底，且每块微板均能在光控条件下可编程的实现直立状态与弯曲状态的可逆切换，并在呈弯曲状态时遮蔽与相邻一侧微板之间的基板，从而实现光响应下的区域透光度的可逆变化。

10.根据权利要求9所述的光控可编程超疏水形状记忆智能窗，其特征在于：所述智能窗微板在直立状态下具有超疏水的特性，当智能窗微板向一侧弯曲时具有亲水的效果。

技术总结
本发明公开了一种光控可编程超疏水形状记忆智能窗的飞秒激光加工方法，该方法先飞秒激光加工制备PTFE模板，再制备C‑SMP液体，然后经过转印及固化脱模后得到智能窗，智能窗包括基底，以及基底一侧附着的呈线性阵列的多个平行的微板。本发明的智能窗中，微板的可见光透过率小于基底，且每块微板均能在光控条件下可编程的实现直立状态与弯曲状态的可逆切换，并在呈弯曲状态时遮蔽与相邻一侧微板之间的基板，从而实现光响应下的区域透光度的可逆控制；且本发明的智能窗表现出优异的疏水性，使其在防水、抗结冰等领域具有更大应用潜力。

技术研发人员：陈超,郭思佳,张龙,姚浩,李家文,吴东
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15