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CN109683416A - 一种双色可调电致变色薄膜器件 - Google Patents

一种双色可调电致变色薄膜器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双色可调电致变色薄膜器件，包括电致变色层、电解质层和具有一定颜色的导电离子储存层；将电解质涂于电致变色层之上，形成电解质层，再将具有一定颜色的离子储存层覆于电解质层之上，利用固化树酯进行封边固化形成双色可调电致变色薄膜器件；所述具有一定颜色的导电离子储存层为将纳米导电材料、离子储存材料与热固性树脂一起混合均匀，再向其中加入具有一定颜色的染料，然后将其覆于电解质层上。本申请选用不同颜色的有机电致变色材料，利用新制作工艺，将传统电致变色器件中的离子储存材料与纳米导电材料在热固性树脂中混合均匀，同时在其中添加不同颜色的油性染料，制备成不同颜色的具有离子储存功能的导电薄膜。

Description

一种双色可调电致变色薄膜器件
技术领域
本发明涉及光电薄膜材料领域，具体涉及一种双色可调电致变色薄膜器件。
背景技术
电致变色器件(Electrochromic Devices)指的是通过对器件施加一定的电压，器件的颜色会发生改变，并且当电压撤去之后，器件还可以保持着色或褪色状态(称为记忆效应)。该类器件的核心是变色材料，变色材料随着外加电场极性和强度的变化，材料的颜色及其对入射光线的反射或透射强度发生可逆变化。
传统的电致变色器件包括五部分：透明导电电极层(Transparent ConduciveElectrode Layer)，电致变色材料层(Electrochromic Material Layer)，电解质层(Electrolyte Layer)，离子储存层(Ion Storage Layer)和另一层透明导电电极层。除了核心的电致变色材料层，电解质层的状态很大程度上决定了器件的制备工艺和应用领域。
电致变色器件的应用领域非常广泛，其中已经比较成熟的应用领域是太阳眼镜、防眩光后视镜和侧视镜、飞机变色舷窗和电子显示屏等。然而，随着人们生活需求的不断提高以及不同领域的交叉结合越来越紧密，电致变色器件的研究方向也不断增多。最热门的研究领域莫过于柔性电致变色器件的研究，该类研究成果不仅仅可以民用，也可以应用到军队和国防领域。目前，对于柔性电致变色器件的研究大多还是采用复杂的传统结构，制备工艺比较繁琐，其颜色变化范围也比较单一。
发明内容
针对上述现有技术问题，本发明提供了一种双色可调电致变色薄膜器件，选用不同颜色的有机电致变色材料，利用新的电致变色器件制作工艺，将传统电致变色器件中的离子储存材料与纳米导电材料在热固性树脂中混合均匀，同时在其中添加不同颜色的油性染料，成功制备了不同颜色的具有离子储存功能的导电薄膜，该导电薄膜不仅仅可以用作离子储存，还可以在提供电极的同时，与电致变色材料一起进行器件的调色。
本发明采用以下的技术方案：
一种双色可调电致变色薄膜器件，包括电致变色层、电解质层和具有一定颜色的导电离子储存层；将电解质涂于电致变色层之上，形成电解质层，再将具有一定颜色的离子储存层覆于电解质层之上，利用固化树酯进行封边固化形成双色可调电致变色薄膜器件；
所述具有一定颜色的导电离子储存层的制备方法为：将纳米导电材料、离子储存材料与热固性树脂一起混合均匀，再向其中加入具有一定颜色的染料，然后将该具有一定颜色的导电离子储存层覆于电解质层上。
优选地，所述纳米导电材料为纳米银、纳米金、碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维。
优选地，所述离子储存材料为NiO、TiO2、V2O5、CoO3或IrO2。
优选地，所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯或硅醚树脂。
优选地，所述固化树脂为酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯或硅醚树脂。
优选地，所述电致变色层为将变色材料磁控溅射、电化学沉积、旋涂或喷涂在透明导电基底上制备成电致变色层。
优选地，所述变色材料为过渡金属氧化物、普鲁士蓝或有机类电致变色材料。
优选地，所述变色材料为聚苯胺、聚噻吩、聚噻吩衍生物、五氧化二钒或三氧化钨。
优选地，所述透明导电基底为导电玻璃或柔性的透明导电膜材。
优选地，所述柔性的透明导电膜材为氧化铟锡(ITO)薄膜、纳米银线薄膜、金属网格膜、石墨烯薄膜或导电聚合物薄膜。
优选地，所述电解质层为将锂盐溶于有机溶剂，再向其中加入高分子聚合物，加热条件下使其成凝胶态，再加入控制器件夹层厚度的玻璃微珠，采用搅拌和/或加热条件除去气泡而制成。
优选地，所述锂盐为高氯酸锂(LiCIO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)或三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)。
优选地，所述有机溶剂为碳酸丙烯酯(Propylene carbonate)、碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate)、碳酸乙烯酯(Ethylene carbonate)、二甲基甲酰胺(Dimethylformamide)、二甲基乙酰胺(Dimethyl acetamide)或乙酰胺(Acetamide)。
优选地，所述高分子聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methylmethacrylate))、聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide))、聚乙烯乙二醇(Poly(ethyleneglycol))或聚环氧丙烷(Poly(propylene oxide))。
基本原理：
选用不同颜色的有机电致变色材料，利用新的电致变色器件制作工艺，将离子储存材料与纳米导电材料在热固性树脂中混合均匀，同时在其中添加不同颜色的油性染料，成功制备了不同颜色的具有离子储存功能的导电薄膜，该导电薄膜不仅仅可以用作离子储存，还可以在提供电极的同时，与电致变色材料一起进行器件的调色，从而根据需求制备具有不同颜色的变色器件。
上述的纳米导电材料可以是纳米银、纳米金以及其它纳米级别的导电材料等。
本发明具有的有益效果是：
(1)提高了电解质的离子传输效率，降低了变色的反应时间；
(2)提高了变色器件的机械强度；
(3)通过混入油性染料，利用配色原理实现了变色器件的双色或多色可调，扩大了变色器件的变色范围和应用；
(4)利用热固树脂成膜工艺，降低了生产成本，提高了器件的制备效率。
具体实施方式
本发明将传统电致变色器件中的离子储存材料与纳米导电材料在热固性树脂中混合均匀，同时在其中添加不同颜色的油性染料，成功制备了不同颜色的具有离子储存功能的导电薄膜，该导电薄膜不仅仅可以用作离子储存，还可以在提供电极的同时，与电致变色材料一起进行器件的调色。利用该导电薄膜，成功制备了双色可调的有机类电致变色器件。
下面结合实施例对本发明作进一步地说明。
实施案例1：
选用PET-ITO透明导电薄膜为基材。
(1)采用苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂、磷酸掺杂合成聚苯胺，将磷酸掺杂的聚苯胺在氨水中进行脱掺杂，将脱掺杂的聚苯胺超声分散在NMP中，浓度为1～2mg/mL。
(2)将制备的聚苯胺分散体系采用滴涂或旋涂的方式覆在PET-ITO膜上，放入60℃烘箱成膜，备用。
(3)采用高氯酸锂为锂盐，溶解于碳酸丙烯酯中，加入磁子磁力搅拌均匀，得到锂盐浓度在0.1～1mol/L之间。再向其中加入质量比为10～40％的聚甲基丙烯酸甲酯，加热条件下使其溶解均匀，再加入重量比为3～5％的玻璃微珠(粒径为30～80μm)，搅拌均匀。
(4)对制备的电解质溶液进行离心除去气泡，60℃下烘箱中放置，备用。
(5)将30～40nm直径的纳米银颗粒与10nm左右的二氧化钛粉末一起混入聚氨酯当中，纳米银颗粒与二氧化钛粉末的比重为40％～70％，再向体系中加入红色的油性染料。将其在透明PET上旋涂成膜，膜厚度在300～800nm。
(6)将(5)后的电解质涂于(3)中的膜上，再将(6)中的带颜色的膜覆于电解质层上，待贴合完全且后，用透明固化胶水进行封边，固化后得到柔性电致变色器件。
实施案例2：
选用纳米银线透明导电膜为基材。
(1)采用为吡咯为单体，过硫酸铵为氧化剂、磷酸掺杂合成聚吡咯，将磷酸掺杂的聚吡咯氨水中进行脱掺杂，将脱掺杂的聚吡咯超声分散在NMP中，浓度为1～2mg/mL。
(2)将制备的聚吡咯分散体系采用滴涂或旋涂的方式滴覆在纳米银线透明膜上，放入60℃烘箱成膜，备用。
(3)采用高氯酸锂为锂盐，溶解于碳酸丙烯酯中，加入磁子磁力搅拌均匀，得到锂盐浓度在0.1～1mol/L之间。再向其中加入质量比为10～40％的聚甲基丙烯酸甲酯，加热条件下使其溶解均匀，再加入重量比为3～5％的玻璃微珠(粒径为30～80μm)，搅拌均匀。
(4)对制备的电解质溶液进行离心除去气泡，60℃下烘箱中放置，备用。
(5)将30～40nm直径的纳米银颗粒与10nm左右的二氧化钛粉末一起混入聚氨酯当中，纳米银颗粒与二氧化钛粉末的比重为40％～70％，再向体系中加入红色的油性染料。将其在透明纳米银线导电膜上旋涂成膜，膜厚度在300～800nm。
(6)将(5)后的电解质涂于(3)中的膜上，再将(6)中的带颜色的膜覆于电解质层上，待贴合完全且后，用透明固化胶水进行封边，固化后得到柔性电致变色器件。
实施案例3：
选用石墨烯透明导电膜为基材。
(1)采用噻吩为单体，过硫酸铵为氧化剂、磷酸掺杂合成聚噻吩，将磷酸掺杂的聚噻吩在氨水中进行脱掺杂，将脱掺杂的聚噻吩超声分散在NMP中，浓度为1～2mg/mL。
(2)将制备的聚噻吩分散体系采用滴涂或旋涂的方式覆在石墨烯透明导电膜上，放入60℃烘箱成膜，备用。
(3)采用高氯酸锂为锂盐，溶解于碳酸丙烯酯中，加入磁子磁力搅拌均匀，得到锂盐浓度在0.1～1mol/L之间。再向其中加入质量比为10～40％的聚甲基丙烯酸甲酯，加热条件下使其溶解均匀，再加入重量比为3～5％的玻璃微珠(粒径为30～80μm)，搅拌均匀。
(4)对制备的电解质溶液进行离心除去气泡，60℃下烘箱中放置，备用。
(5)将30～40nm直径的纳米银颗粒与10nm左右的二氧化钛粉末一起混入聚氨酯当中，纳米银颗粒与二氧化钛粉末的比重为40％～70％，再向体系中加入红色的油性染料。将其在透明石墨烯导电膜上旋涂成膜，膜厚度在300～800nm。
(6)将(5)后的电解质涂于(3)中的膜上，再将(6)中的带颜色的膜覆于电解质层上，待贴合完全且后，用透明固化胶水进行封边，固化后得到柔性电致变色器件。
实施案例4：
选用ITO透明导电薄膜为基材。
(1)采用噻吩为单体，在三氟化硼乙醚(BFEE)中，噻吩浓度为10-40mmol/L，采用恒电位或恒电流法电化学合成聚噻吩，采用三电极体系环境，工作电极为镀有ITO薄膜的透明玻璃，电化学聚合在ITO表面得到一层厚度为40-100nm的聚噻吩薄膜。
(2)采用高氯酸锂为锂盐，溶解于碳酸丙烯酯中，加入磁子磁力搅拌均匀，得到锂盐浓度在0.1～1mol/L之间。再向其中加入质量比为10～40％的聚甲基丙烯酸甲酯，加热条件下使其溶解均匀，再加入重量比为3～5％的玻璃微珠(粒径为30～80μm)，搅拌均匀。
(3)对制备的电解质溶液进行离心除去气泡，60℃下烘箱中放置，备用。
(4)将30～40nm直径的纳米银颗粒与10nm左右的二氧化钛粉末一起混入聚氨酯当中，纳米银颗粒与二氧化钛粉末的比重为40％～70％，再向体系中加入红色的油性染料。将其在透明玻璃上旋涂成膜，膜厚度在300～800nm。
(5)将(3)后的电解质涂于(2)中的膜上，再将(5)中的带颜色的膜覆于电解质层上，待贴合完全且后，用透明固化胶水进行封边，固化后得到刚性的电致变色器件。
实施案例5：
选用纳米银线透明导电薄膜为基材。
(1)采用3,4-二甲氧基噻吩为单体，与3当量异辛醇和0.1当量的对甲苯磺酸在200mL甲苯中加热回流反应，得到的产物纯化分离(DEHOT)；将产物与6当量的三氯化铁于乙酸乙酯中反应，在氮气保护下聚合。最终分离纯化得到聚DEHOT。将聚合物溶于氯仿中，浓度为1～2mg/mL。
(2)将制备的聚DEHOT分散体系采用滴涂或旋涂的方式覆在纳米银线透明导电膜上，放入60℃烘箱成膜，备用。
(3)采用高氯酸锂为锂盐，溶解于碳酸丙烯酯中，加入磁子磁力搅拌均匀，得到锂盐浓度在0.1～1mol/L之间。再向其中加入质量比为10～40％的聚甲基丙烯酸甲酯，加热条件下使其溶解均匀，再加入重量比为3～5％的玻璃微珠(粒径为30～80μm)，搅拌均匀。
(4)对制备的电解质溶液进行离心除去气泡，60℃下烘箱中放置，备用。
(5)将30～40nm直径的纳米银颗粒与10nm左右的二氧化钛粉末一起混入聚氨酯当中，纳米银颗粒与二氧化钛粉末的比重为40％～70％，再向体系中加入红色的油性染料。将其在透明纳米银线导电膜上旋涂成膜，膜厚度在300～800nm。
(6)将(4)后的电解质涂于(3)中的膜上，再将(6)中的带颜色的膜覆于电解质层上，待贴合完全且后，用透明固化胶水进行封边，固化后得到柔性电致变色器件。
实施案例6：
选用纳米银线透明导电薄膜为基材。
(1)采用3,4-二乙烯噻吩为单体，用2.5当量的NBS在DMF溶液中进行溴化，产物EDOT-2Br纯化后备用；以EDOT-2Br和ProDOT-2HT(自己合成)为单体，醋酸钯为催化剂，加入碳酸钾和特戊酸，在N,N-二甲基乙酰胺中反应，得到聚合物经纯化后溶于氯仿中，浓度为1～2mg/mL。
(2)将制备的聚DEHOT分散体系采用滴涂或旋涂的方式覆在纳米银线透明导电膜上，放入60℃烘箱成膜，备用。
(3)采用高氯酸锂为锂盐，溶解于碳酸丙烯酯中，加入磁子磁力搅拌均匀，得到锂盐浓度在0.1～1mol/L之间。再向其中加入质量比为10～40％的聚甲基丙烯酸甲酯，加热条件下使其溶解均匀，再加入重量比为3～5％的玻璃微珠(粒径为30～80μm)，搅拌均匀。
(4)对制备的电解质溶液进行离心除去气泡，60℃下烘箱中放置，备用。
(5)将30～40nm直径的纳米银颗粒与10nm左右的二氧化钛粉末一起混入聚氨酯当中，纳米银颗粒与二氧化钛粉末的比重为40％～70％，再向体系中加入红色的油性染料。将其在透明纳米银线导电膜上旋涂成膜，膜厚度在300～800nm。
(6)将(4)后的电解质涂于(3)中的膜上，再将(6)中的带颜色的膜覆于电解质层上，待贴合完全且后，用透明固化胶水进行封边，固化后得到柔性电致变色器件。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，包括电致变色层、电解质层和具有一定颜色的导电离子储存层；将电解质涂于电致变色层之上，形成电解质层，再将具有一定颜色的离子储存层覆于电解质层之上，利用固化树酯进行封边固化形成双色可调电致变色薄膜器件；
所述具有一定颜色的导电离子储存层为将纳米导电材料、离子储存材料与热固性树脂一起混合均匀，再向其中加入具有一定颜色的染料，然后将该具有一定颜色的导电离子储存层覆于电解质层上。
2.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述纳米导电材料为纳米银、纳米金、碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维。
3.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述离子储存材料为NiO、TiO2、V2O5、CoO3或IrO2。
4.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯或硅醚树脂。
5.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述电致变色层为将变色材料磁控溅射、电化学沉积、旋涂或喷涂在透明导电基底上制备成电致变色层。
6.根据权利要求所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述变色材料为过渡金属氧化物、普鲁士蓝或有机类电致变色材料；所述透明导电基底为导电玻璃或柔性的透明导电膜材。
7.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述变色材料为聚苯胺、聚噻吩、聚噻吩衍生物、五氧化二钒或三氧化钨；所述柔性的透明导电膜材为氧化铟锡薄膜、纳米银线薄膜、金属网格膜、石墨烯薄膜或导电聚合物薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述电解质层为将锂盐溶于有机溶剂，再向其中加入高分子聚合物，加热条件下使其成凝胶态，再加入控制器件夹层厚度的玻璃微珠，采用搅拌和/或加热条件除去气泡而制成。
9.根据权利要求1所述的一种双色可调电致变色薄膜器件，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂或三氟甲基磺酸锂；所述有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或乙酰胺；所述高分子聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚乙烯乙二醇或聚环氧丙烷。
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