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近几年来，随着电子信息技术的飞速发展，具有可逆光调节性能的智能调光材料受到了广泛关注。目前，市场上能够产业化的智能窗户主要通过电刺激来实现透明度的可逆转变，且多用于汽车天窗、智能楼宇、智能窗帘等领域。这类材料在实际应用过程中存在一定的缺陷，如驱动电压较高、灵活性差、制备工艺复杂、成本高，同时存在一定的安全隐患，使其规模化生产及应用受到一定限制。因此，制备能够对环境中的水、湿气等刺激产生响应行为从而自发可逆调节自身光透过率的柔性透明复合薄膜具有重要意义。本文将PVA-co-PE纳米纤维膜作为填充材料，与NVP进行光交联聚合反应制备出高透明、柔软且透明度可逆调节的PVP/PVA-co-PE纳米纤维透明复合膜。
本文的研究内容和实验结果如下：(1)通过调节NVP单体、交联剂与光引发剂之间的比例来制备性能最佳的透明复合薄膜。结果表明：当NVP(单体):MBA(交联剂):651(光引发剂)=100:1:1时，制备得到的复合膜具有最佳的交联结构，能够在外界水刺激下产生可逆的溶胀-解溶胀行为，从而实现后续溶剂刺激下透明度的可逆转变行为。另外，我们还研究了纳米纤维膜的厚度对透明复合薄膜光透过率的影响，发现随着纳米纤维膜厚度的增加，透明复合薄膜的光透过率逐渐降低；在光透过率损失较小的前提下，我们选择50μm的PVA-co-PE纳米纤维膜来制备透明复合膜。(2)研究了纤维堆叠结构对纳米纤维基透明复合薄膜光学、力学以及循环稳定性的影响。研究结果表明：采用相分离法和静电纺丝法制备的PVA-co-PE纳米纤维膜(分别简称为SPNFs(SPNFs，由熔融挤出相分离法制备的纳米纤维膜)和ESNFs(ESNFs，由静电纺丝法制备的纳米纤维膜))均呈三维网状多孔结构，但SPNFs膜相比ESNFs膜具有更加密集的纤维堆叠结构，导致SPNFs膜的孔径尺寸(200nm)小于ESNFs(650nm)膜。另外，由于密集的纤维堆叠结构，PVP/SPNFs复合膜中PVP的含量相比PVP/ESNFs膜较低，因此PVP/SPNFs复合膜的光透过率略低于PVP/ESNFs复合膜。但SPNFs膜结构紧凑，纤维密度大，使得PVP/SPNFs复合膜的机械强度以及热稳定性均高于PVP/ESNFs复合膜。与此同时，我们还研究了两种复合薄膜在光调节性能方面的差异，包括溶胀-解溶胀速率、光透过率回复速率以及循环稳定性等。结果表明，两种透明复合膜达到相同溶胀比时，PVP/SPNFs仅需1min，比PVP/ESNFs快0.25min，而PVP/SPNFs复合膜由于较低的PVP含量使其具有更快的光透过率回复速率。此外，循环稳定性测试结果表明：经过连续14个周期湿气刺激后，PVP/SPNFs光透过率(75.13%)仅降低10%，比PVP/ESNFs(65.83%)高9.3%，因此PVP/SPNFs复合膜具有更加优异的循环稳定性。(3)通过改变透明复合膜中纳米纤维的含量制备得到不同光学透明度的PVP/SPNFs复合薄膜。研究了纳米纤维添加量对复合薄膜的光学、力学以及循环稳定性的影响：发现随着纳米纤维含量的降低，复合膜的透明度逐渐上升，PVP/SPNFs透明复合膜的光透过率高达85.87%，较纯PVP透明膜仅损失0.66%；同时，由于纳米纤维膜的随机分布性及三维网状多孔结构，透明复合膜的机械性能和热稳定性都有所提升，表现出协同增强效应。另外，随着环境温度的上升，PVP/SPNFs复合薄膜的光透过率回复速率大幅提升，这是由于升高温度导致复合薄膜中溶剂的蒸发速率加快引起的。此外，采用不同沸点的溶剂来刺激PVP/SPNFs复合薄膜，发现用沸点较低的溶剂来刺激复合薄膜也可以得到较快的光透过率回复性能。由此可见，升高环境温度及低沸点溶剂刺激均可提高PVP/SPNFs复合膜的光透过率转换效率。此外，将该PVP/SPNFs复合膜进行连续20次湿气刺激，其光透过率仅损失25%，证明其优异的循环使用性能。由于PVP/SPNFs透明复合膜优异的柔性、高的透明度以及动态可调的透明度转变性能，我们进行简单的设计将其应用在智能书写纸、智能蔬菜大棚及智能服装中，在未来的智能服装、智能建筑等领域中具有较大的应用前景。
本文的研究内容和实验结果如下：(1)通过调节NVP单体、交联剂与光引发剂之间的比例来制备性能最佳的透明复合薄膜。结果表明：当NVP(单体):MBA(交联剂):651(光引发剂)=100:1:1时，制备得到的复合膜具有最佳的交联结构，能够在外界水刺激下产生可逆的溶胀-解溶胀行为，从而实现后续溶剂刺激下透明度的可逆转变行为。另外，我们还研究了纳米纤维膜的厚度对透明复合薄膜光透过率的影响，发现随着纳米纤维膜厚度的增加，透明复合薄膜的光透过率逐渐降低；在光透过率损失较小的前提下，我们选择50μm的PVA-co-PE纳米纤维膜来制备透明复合膜。(2)研究了纤维堆叠结构对纳米纤维基透明复合薄膜光学、力学以及循环稳定性的影响。研究结果表明：采用相分离法和静电纺丝法制备的PVA-co-PE纳米纤维膜(分别简称为SPNFs(SPNFs，由熔融挤出相分离法制备的纳米纤维膜)和ESNFs(ESNFs，由静电纺丝法制备的纳米纤维膜))均呈三维网状多孔结构，但SPNFs膜相比ESNFs膜具有更加密集的纤维堆叠结构，导致SPNFs膜的孔径尺寸(200nm)小于ESNFs(650nm)膜。另外，由于密集的纤维堆叠结构，PVP/SPNFs复合膜中PVP的含量相比PVP/ESNFs膜较低，因此PVP/SPNFs复合膜的光透过率略低于PVP/ESNFs复合膜。但SPNFs膜结构紧凑，纤维密度大，使得PVP/SPNFs复合膜的机械强度以及热稳定性均高于PVP/ESNFs复合膜。与此同时，我们还研究了两种复合薄膜在光调节性能方面的差异，包括溶胀-解溶胀速率、光透过率回复速率以及循环稳定性等。结果表明，两种透明复合膜达到相同溶胀比时，PVP/SPNFs仅需1min，比PVP/ESNFs快0.25min，而PVP/SPNFs复合膜由于较低的PVP含量使其具有更快的光透过率回复速率。此外，循环稳定性测试结果表明：经过连续14个周期湿气刺激后，PVP/SPNFs光透过率(75.13%)仅降低10%，比PVP/ESNFs(65.83%)高9.3%，因此PVP/SPNFs复合膜具有更加优异的循环稳定性。(3)通过改变透明复合膜中纳米纤维的含量制备得到不同光学透明度的PVP/SPNFs复合薄膜。研究了纳米纤维添加量对复合薄膜的光学、力学以及循环稳定性的影响：发现随着纳米纤维含量的降低，复合膜的透明度逐渐上升，PVP/SPNFs透明复合膜的光透过率高达85.87%，较纯PVP透明膜仅损失0.66%；同时，由于纳米纤维膜的随机分布性及三维网状多孔结构，透明复合膜的机械性能和热稳定性都有所提升，表现出协同增强效应。另外，随着环境温度的上升，PVP/SPNFs复合薄膜的光透过率回复速率大幅提升，这是由于升高温度导致复合薄膜中溶剂的蒸发速率加快引起的。此外，采用不同沸点的溶剂来刺激PVP/SPNFs复合薄膜，发现用沸点较低的溶剂来刺激复合薄膜也可以得到较快的光透过率回复性能。由此可见，升高环境温度及低沸点溶剂刺激均可提高PVP/SPNFs复合膜的光透过率转换效率。此外，将该PVP/SPNFs复合膜进行连续20次湿气刺激，其光透过率仅损失25%，证明其优异的循环使用性能。由于PVP/SPNFs透明复合膜优异的柔性、高的透明度以及动态可调的透明度转变性能，我们进行简单的设计将其应用在智能书写纸、智能蔬菜大棚及智能服装中，在未来的智能服装、智能建筑等领域中具有较大的应用前景。