Thermoresponsive Physically Cross-Linked Hydrogels with Bidirectional Optical Response for Smart Windows Application

材料科学 低临界溶液温度 自愈水凝胶 上临界溶液温度 共聚物 化学工程 胶束 甲基丙烯酸酯 羟丙基纤维素 丙烯酰胺 智能材料 纳米技术 共晶体系 溶剂 水溶液 纤维素 动态力学分析 分离 不透明度 深共晶溶剂 三元运算 相变 复合数 相(物质) 动态光散射 色谱中的热响应聚合物
作者
Zeyu Zhang,Aifang Yao,Zao Cheng,Patrizio Raffa
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (39): 54967-54980 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c14919
摘要

Hydrogel-based smart windows have the potential to reduce the energy consumption associated with air conditioning and lighting systems. Most existing hydrogels exhibit a unidirectional response to a specific temperature, limiting their applicability. In this work, a bidirectional temperature-responsive hydrogel was developed by incorporating hydroxypropyl cellulose (HPC) into a physically cross-linked copolymer matrix of N-(2-hydroxyethyl) acrylamide (HEAA) and acrylamide (AM), with cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) used to stabilize lauryl methacrylate (LMA) micelles in a deep eutectic solvent (DES)/H2O binary solvent system. At higher temperatures, the hydrogel becomes opaque through phase separation driven by the lower critical solution temperature (LCST) of HPC. At lower temperatures, another optical transition seems to be governed by the growth of micelles formed from LMA. The temperature operating window can be tuned by changing the composition, keeping a rapid optical switching response of less than 30 s. Furthermore, due to the dynamic reversibility of hydrophobic associations and hydrogen bonding, the hydrogel exhibits excellent mechanical strength and self-healing capability at room temperature. The presence of the DES also contributes to its antifreezing performance, allowing the hydrogel to retain flexibility even at -20 °C. With its integrated functionalities, this material represents a highly promising candidate for smart window applications in real-world environments.
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