一种可见光响应型层状纳米结构的三氧化钨光致变色材料的制备及其在办公环境中的应用

本发明涉及一种可见光响应型层状纳米结构的三氧化钨光致变色材料的制备及其在办公环境中的应用，属于智能材料领域。背景技术：：：1、光致变色材料在光刺激下可以发生颜色来回切换，在防伪、光学记录、智能窗户和传感器等方面的潜在应用受到广泛关注。2、 现在光致变色材料已经做到了无墨可擦重写纸，魏菁等人报道了一种用于柔性可重写目的的杂化有机-无机纤维膜，（参考文献“electrospun photochromic hybridmembranes for flexible rewritable media, acs appl. mater. interfaces 2016, 8,43, 29713–29720”）采用原位固相反应法制备了均匀分散于聚乙烯吡咯烷酮 (pvp) 中的非晶态氧化钨(α-wo3)，并通过静电纺丝形成了杂化纳米纤维膜。结合良好的有机-无机复合材料促进了“电子-质子双注入”，大大提高了光致变色响应。使用5 w的紫外灯可以在几十秒内实现膜的着色，并且可以通过在氧化环境中改变膜的组成来调节脱色率。在紫外线照射下，各种图案可以在这些膜上重复印刷，保留数天，并在环境条件下自动擦除。打印擦除过程可以重复40多个周期而不损失分辨率。变形柔性膜具有优异的光致变色性能，可作为可重写介质取代常规织物印花，实现环保和可持续发展。3、中国专利文献cn111944512a，涉及一种超小无机纳米异质结光致变色材料，采用该材料制备的可擦重写介质及其制备方法，所述的超小无机纳米异质结光致变色材料结构通式为：tio2-x/mo3·xh2o，其中m＝w或mo，x＝0～2，所述超小无机纳米异质结光致变色材料表面修饰有聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物。所述的可擦重写介质采用上述超小无机纳米异质结光致变色材料制备得到。本发明制备的超小无机纳米异质结光致变色材料具有粒径小、分布窄、不易团聚、稳定性好、纯度高的特点，本发明制备的超小无机纳米异质结光致变色材料及利用该材料所制备的可擦重写介质循环性能优良，循环寿命长，在uv光的刺激下响应速度快，可灵活用于短期阅读和长期阅读。4、 尽管取得了这些进展，但wo3基纳米材料的一个主要限制是通常依靠高能紫外线来驱动颜色变化，这通常会导致眼睛损伤和皮肤癌的潜在风险，日常办公环境下的光源一般是可见光。可见光相比于紫外光，聚集的能量更低，对人体的危害更少，而目前对于可见光区响应的研究较少，胡登卫等人报道了基于ti掺杂的w18o49纳米颗粒制备了可见光响应的lprp，该lprp在470 nm可见光照射下5分钟变色，在环境空气下5小时恢复到原始无色状态。由于掺杂ti和氧空位的影响，ti掺杂的w18o49纳米颗粒表现出可见光响应的颜色切换特性。然而，可见光响应的lprp仍然存在易读时间短(仅约5小时)和重复使用周期有限(仅约20次)的问题。（参考文献“coupling ti doping with oxygen vacancies in tungstenoxide for high-performance photochromism applications, chem. commun., 2023,59, 6060”）。5、 考虑到对可见光响应好的纸基材料在办公环境下的使用会受限，因此采用合适的可见光响应效果能够更好地方便办公环境下使用，这是我们研究的重点。lprp的重大挑战是办公环境中的光线干扰，这也导致阅读时间短。我们所研究的办公环境下的应用具有抗办公灯光干扰能力，适用于教育，会展，交通，医疗酒店旅馆等大多数行业下的办公环境照明标准 300lx，满足办公环境下的信息阅读。标准可见《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（gb55015-2021）。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种可见光响应型层状纳米结构的三氧化钨光致变色材料的制备，并可应用于日常办公环境下的信息阅读。2、目前三氧化钨材料的研究主要是紫外光响应型材料，可见光区的响应效果有限，考虑应用方面是节省纸张的消耗量，属于办公环境下的信息阅读应用，避免办公环境下的可见光区干扰。通过我们做的这个层状材料三氧化钨光致变色材料及其可见光响应型应用，来实现办公环境下的信息阅读。3、 本发明的技术方案如下：一种层状结构的三氧化钨光致变色材料，其特征在于，该变色材料主要成分是wo3-x，纳米颗粒的尺寸为150-500 nm。4、根据本发明，上述层状结构的三氧化钨光致变色材料的制备方法，包括步骤如下：将六氯化钨，二乙二醇，聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)三嵌段共聚物于三口烧瓶中搅拌均匀，用加热套升温到60℃，注入水后升温到反应温度进行热注入反应，产物经过离心纯化处理，即得到层状结构的三氧化钨光致变色材料。5、根据本发明优选的，所述的钨源的质量与deg的体积之比为1：（20~100）。6、根据本发明优选的，所述的钨源的质量与去离子水的体积之比为1：（0.5~10）。7、根据本发明优选的，所述的反应温度是60℃~220℃。8、根据本发明优选的，所述的反应时间是1~8h。9、根据本发明优选的，所述的钨源与聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)三嵌段共聚物的质量之比为1：（5~15）。10、根据本发明，所述的层状结构的三氧化钨光致变色材料属于可擦重写介质的并适用于办公环境下工业化生产。11、根据本发明，还提供一种可擦重写介质，该介质包括上述层状结构的三氧化钨光致变色材料。12、根据本发明优选的，所述的可擦重写介质，还包括高分子聚合物，水，醇溶剂和成型的模具；13、优选的，所述的高分子聚合物为羟乙基纤维素，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇中的一种或两种以上的混合；14、优选的，所述的高分子聚合物的数均分子量为40~2000；15、优选的，所述的可擦重写介质中，高分子聚合物和水的质量比为1：30；16、优选的，所述的醇溶剂为乙二醇，丙三醇，正丁醇，中的一种；17、优选的，所述的成型的模具为玻璃片、背胶纸、白卡纸、铜板纸、胶版纸、书写纸中的一种；18、根据本发明，上述可擦重写介质的制备方法，包括步骤如下：（1）高分子聚合物，层状结构的三氧化钨光致变色材料，醇溶剂混合后在搅拌下形成均匀的分散体；（2）将分散体涂覆或倒入模具中，加热烘干，即得可擦重写介质。19、根据本发明，还提供一种可见光响应型办公应用，该应用包括上述的可擦重写介质。20、根据本发明优选的，所述的可见光响应型办公应用，还包括激光器，写字机，控制单元；21、优选的，所述的激光器为光源波长范围401~437；单位：nm；22、优选的，所述的写字机为程序控制型自动写字机；23、优选的，所述的控制单元为写字机程序控制软件电脑端版本和电脑；24、根据本发明，上述的可见光响应型办公应用，包括步骤如下：（1）将激光器和写字机装配好；（2）将可擦重写介质平放于写字机台面；（3）在电脑端输入图案和文字内容，通过写字机程序控制软件来控制写字机工作；（4）以可擦重写介质为载体，以可见光源为墨水，用墨水在载体上书写或打印，在办公环境下实现信息阅读。25、本发明的原理：26、 本发明利用二乙二醇、聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)三嵌段共聚物等做还原试剂，以六氯化钨作为钨源，通过羟基配体辅助热注入法成功合成了一种层状结构的三氧化钨光致变色材料。表面修饰的羟基配体和氧空位都作为牺牲电子供体有效地消耗光生空穴，赋予wo3-x层状纳米结构可见光响应的光还原活性。丰富的局域质子插入到wo3-x晶格中，促进了w6+到w5+的快速光还原，并显著稳定 w5+，确保wo3-x层状纳米颗粒在空气环境下的长着色状态（51天）。结合程序控制写字机与光“墨水”协同工作，实现工业化生产型办公级信息阅读应用。27、本发明的有益效果：28、 1.此方法生产工艺简单，产率高，成本较低，可用于大规模生产。29、 2.本发明所用的有机溶剂，去离子水以及反应原料均价格低廉，成本较少；30、 3.本发明制备过程中均不产生有毒气体，有利于环境保护；31、 4.本发明制备过程简单，所用实验设备较少，节省资源，有利于大规模生产；32、 5.本发明制得的层状结构三氧化钨的晶粒尺寸为150-500 nm，比表面积大，产量高，对401 nm-437 nm的可见光具有较高的活性，在可逆光致变色体系中能发挥重要作用，可应用于显示器，传感器，智能材料等领域。33、 6.本发明制得的大尺寸可擦重写介质具有与传统纸张相同的外观，采用 437 nm光照射打印后的lprp，具有重复使用性好（>100次），可读时间长（>30天），擦除时间短，色彩对比度高，底色灰白色，可抗办公灯光干扰等特点；34、 7.本发明制得的大尺寸可擦重写介质可以结合程序控制写字机与光“墨水”协同工作，实现工业化生产型办公级信息阅读应用。当前第1页12当前第1页12