能源枯竭问题已经成为人类社会可持续发展的阻碍。据统计, 建筑能耗约占我国能源消费总量的20%, 因此通过调控太阳光辐射和物体红外热辐射来进行智能光热管理, 达到自适应环境温度和降低能耗的目的, 具有重大的意义。本文综述了近年来仿生光热管理智能高分子材料的重要研究进展, 包括具有温度自适应特性的太阳光辐射动态调控和红外热辐射动态调控的智能高分子材料。首先介绍了具有温度自适应特性的液晶和水凝胶材料在太阳光辐射动态调控方面的应用, 然后介绍了在中长红外波段具有可调发射率的红外热辐射动态调控高分子材料。最后, 讨论了仿生光热管理智能高分子材料在未来发展和潜在应用方面的机遇和挑战。

将手性螺烯化合物掺杂到小分子向列相液晶中, 制备了光响应胆甾相液晶(Cholesteric Liquid Crystal, ChLC)复合体系, 以实现光驱动液晶分子取向技术。考察了不同强度的紫外光辐照下光响应ChLC的螺距变化规律, 以及ChLC的动态取向行为。结果表明, 光响应ChLC的螺距具有明显的紫外光强度寻址特性, ChLC会随着螺距的增长从混乱无序的焦锥织构转变为均一取向的平面织构, 转变程度和转变速度随着紫外光强度的增加而增大, 响应时间可从600 s缩短至60 s。但关闭紫外光后, 由于螺距的剧烈变化, 高强度紫外光所引导的平面织构会变回焦锥织构。采用多阶段制程的紫外光辐照方案, 通过对不同阶段的紫外光强度进行适当调节, 可以实现快速响应并且取向效果稳定的光驱动技术。

为了降低液晶显示器(LCD)的能耗,制备了Ag纳米线-液晶复合材料.用不同浓度的直径约为50 nm的Ag纳米线掺杂在液晶中,制备了扭曲向列相液晶显示 (TN) 模式液晶盒,研究了Ag纳米线对TN显示模式液晶盒的驱动电压、开态响应时间以及频率调制特性的影响.液晶电-光性能的研究结果表明,Ag纳米线的加入能显著降低TN显示模式液晶盒的驱动电压,最大降幅可达14%;但液晶盒的响应时间在掺杂Ag纳米线掺杂后有一定程度的增加.此外,Ag纳米线掺杂的液晶显示出很强的频率调制特性.Ag纳米线的掺杂可以有效改善TN显示模式液晶的电-光性能.

玻璃陶瓷又称为纳米微晶玻璃, 是玻璃基质中包含约10 nm的纳米微晶。在稀土掺杂的玻璃陶瓷中, 稀土主要掺杂在氟化物纳米晶中。这种材料在发光应用中具有氟化物和氧化物的优点, 是上转换发光和中红外发光效率高的基质材料。研究Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷(50SiO2-50PbF2-1.0YbF3-0.5HoF3)的上转换和中红外发光性质。玻璃陶瓷吸收光谱的半高宽比玻璃前驱物更窄, 而且长波吸收峰的Stark劈裂更加明显, 表明稀土离子掺杂在晶体中。通过吸收光谱计算了J-O参数, Ω2值(0.17×10-20 cm2)比氟化物玻璃ZBLA(2.28×10-20 cm2)的低很多。在980 nm激光激发下, Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的绿光上转换荧光和蓝光、 红光上转换荧光。与玻璃相比, 绿光和蓝光光强增强明显, 而红光基本不变。玻璃陶瓷中的Ho离子掺杂在声子能量低的PbF2晶体中, 低的声子能量使发光能级的无辐射弛豫率降低, 从而增加了绿光和蓝光的上转换效率。低的无辐射弛豫率同时也降低了红光上转换中间能级(5I7)的粒子数布居, 因此红光上转换没有增强。在980 nm激光激发下Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的2.9 μm中红外荧光, 而在玻璃前驱物中观察不到中红外荧光。

以(+)-2-甲基丁醇为不对称中心制备了单手性中心与双手性中心两个系列的液晶用手性掺杂物, 分别将其与4-烷基联苯氰类向列相液晶混合。通过对单手性中心掺杂物/向列相液晶复合体系的研究, 发现了手性中心的旋转自由度对其螺旋扭曲力的影响规律; 进一步制备了双手性中心掺杂物, 并对双手性中心掺杂物/向列相液晶复合体系的螺旋扭曲力及其螺距的温度依赖性进行研究, 发现两个手性中心之间的链接方式对其螺旋扭曲力的温度依赖性有强烈的影响。

采用热聚合分相法制备了聚氨酯基聚合物分散液晶(PDLC)薄膜, 研究了不同聚合温度及不同单体浓度下制备的PDLC薄膜的电光性能, 并结合扫描电镜探讨了聚合物网络形貌与电光性能之间的关系。研究发现：当单体质量分数为30%, 聚合温度为343.2 K, 制备的PDLC电光性能较为理想。

合成了大螺旋扭曲力的手性化合物4,4′-2(戊基-环己基)苯甲酸异山梨醇酯(ISBB)。对60.0 μm厚ISBB/液晶性单体/向列相液晶/光引发剂复合体系的液晶层的上、下表面温度施加不同温度, 液晶层中形成了温度梯度。由于高温区域的液晶溶解ISBB的能力强, 低温区域的ISBB会向高温区域扩散, 从而在液晶薄层中形成了ISBB的浓度梯度与螺距梯度。紫外光聚合复合体系中的光可聚合单体, 单体间交联聚合形成网络固定住了液晶层内的螺距梯度, 从而制备出反射可见光波段的右旋圆偏振光的宽波反射液晶薄膜。

手征向列相(N*)液晶能够选择性反射入射光，但其反射波宽一般小于150 nm。利用负介电各向异性的向列相液晶SLC10V513-200与手性化合物R1011、CB15配制出5种N*液晶，其反射波长能够覆盖整个可见光波段。使用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)界面聚合法制备出平均粒径为8.0 μm的5种N*液晶聚脲微胶囊之后，将相同质量的5种微胶囊混入OP-10与IPDI中制备出微胶囊的凝胶。对80.0 μm厚微胶囊凝胶薄膜施加交流电场，使微胶囊中的液晶处于平面织构状态，紫外固化微胶囊中的液晶性单体，固定微胶囊中N*液晶的平面织构，从而制备出可以反射可见光波段的微胶囊凝胶薄膜。

将异烟酸酯类棒状小分子代替苯乙烯基吡啶作为质子受体; 与对称型盘状质子供体间苯三酚形成了氢键复合超分子盘状液晶结构。通过红外光谱和变温红外光谱表征了氢键的存在及稳定性，并通过POM和DSC研究了复合体系的相转变行为，通过变温XRD详细表征了中间相结构。研究表明，酯键代替乙烯基链接键能够在不影响分子间氢键稳定性的情况下降低体系的有序度，从而得到有序度较低的盘状向列相中间相。

在PDLC薄膜中, 聚合物网络网孔的大小直接影响着PDLC薄膜的电-光性能。该实验选用光可聚合单体／交联剂／液晶复合材料, 经紫外光照射制备PDLC薄膜, 研究了交联剂对PDLC薄膜电-光性能的影响。在混合物体系中引入长柔性链的PEGDA1000和短分子链的BDDA, 影响了聚合物网络的微观形貌。交联剂分子链的长短对聚合物网络网孔的大小有明显的影响, 进而影响了PDLC膜的电-光性能。