KR100302828B1 - Method for manufacturing electric discoloring device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 변색장치의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하고, 전해질층을 높은 전기 전도도를 갖는 고분자 전해질을 이용하여 전기 변색장치의 성능을 극대화시킬 수 있는 전기 변색장치의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrochromic device, and more particularly, an electrochromic layer applied to an electrochromic device is used by electrochemically synthesizing polyaniline and its derivatives, and polythiophene and its derivatives, which are conductive polymers. And, the electrolyte layer relates to a method of manufacturing an electrochromic device that can maximize the performance of the electrochromic device using a polymer electrolyte having a high electrical conductivity.
일반적으로 전기변색이란 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절하는 것으로 산화 또는 환원시 수반되는 전자의 이동으로 자외선(Ultraviolet)이나, 가시광선, 근적외선 영역에서의 에너지 흡수 변화에 따라 색깔의 변화를 가져오는 현상을 말한다.In general, electrochromic reversibly controls the color of a material by electrochemical oxidation / reduction reactions. It is the movement of electrons accompanying oxidation or reduction, and it is used to change the energy absorption in the ultraviolet, visible or near-infrared region. It is a phenomenon that causes a change of color accordingly.
이러한 현상을 이용한 전기 변색장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 전기 변색층(110)이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(Active Electrode)(120)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층(140)과, 이온의 저장고(Ion Storage)로 사용되는 상대전극(Reservoir Electrode)(130)으로 이루어진다.The electrochromic apparatus 100 using this phenomenon is coated with an electrochromic layer 110 as shown in FIG. 1, and has a working electrode (Active Electrode) 120 having electrochromic properties, and ions according to a change in voltage. Electrolyte layer 140 and conductive electrode 130 used as a storage of ions (Ion Storage).
여기서, 상기 전기 변색층(110)과 전해질층(140)의 상태에 따라 고체형과 액체형으로 분류되는데, 고체형에서는 전기 변색층(110)과 전해질층(140)을 박막의 형태로 사용하며, 금속산화물이나 전도성 고분자 등이 전기 변색재료로 일부 적용되고 있고, 액체형은 유기 변색물질(benzidine 유도체 및 viologen이나 dipyridine 유도체)의 경우와 같이 전기 변색물질 자체가 전해질에 녹아 있는 용액을 사용하는 경우를 말한다.Here, the electrochromic layer 110 and the electrolyte layer 140 is classified into a solid type and a liquid type. In the solid type, the electrochromic layer 110 and the electrolyte layer 140 are used in the form of a thin film. Some metal oxides and conductive polymers are used as electrochromic materials, and the liquid type refers to the case of using a solution in which the electrochromic material itself is dissolved in the electrolyte, as in the case of organic discoloring materials (benzidine derivatives and viologen or dipyridine derivatives). .
그러나, 액체형의 경우 용액에 녹아 있는 상태로 전기변색이 일어나므로 전체 용액의 색을 변화시키기 위하여 전압을 걸어줄 경우 긴 시간이 요구될 뿐만 아니라 전력의 소모가 큰 문제점이 있었다. 그리고, 액체상의 전기 변색거울은 봉합이 잘 안될 경우 용액이 새어나올 수 있고 용액의 점성을 높이기 위하여 증점제(Thickner) 및 각종 첨가제를 사용해야만 하므로 전기 변색장치(100)가 복잡한 단점이 있었다.However, in the case of the liquid type, electrochromic occurs in a dissolved state of the solution, and thus, when a voltage is applied to change the color of the entire solution, a long time is required and power consumption is large. In addition, the electrochromic mirror of the liquid phase has a disadvantage in that the electrochromic device 100 is complicated because a solution may leak when the sealing is not well done, and a thickener and various additives must be used to increase the viscosity of the solution.
한편, 상기 전기 변색층(110)은 전이 금속산화물이나 유기 변색물질, 전도성 고분자 등이 사용되는데, 상기 전이 금속산화물의 전기 변색물질은 환원형과 산화형으로 다시 나뉘어진다. 그 예로서 삼산화텅스텐(WO3)이나 삼산화몰리브덴(MoO3)과 같이 전자를 얻어 환원될 때 색을 띠는 환원(양극)형 발색물질과, 이산화이리듐(IrO2)이나 삼산화로듐(RhO3)과 같이 전자를 잃고 산화될 때 색을 띠는 산화(음극)형 발색물질을 들 수 있다. 이와 같은 무기물들은 박막의 형태로 증착되어 전기 변색현상을 나타내는 장점을 가지고 있다. 그러나, 색대비나 산화-환원 안정성(싸이클 수 : 106회 이상) 등의 전기 변색성은 우수하나 박막 제조시 진공 증착법(Vacuum Evaporation), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition) 등의 어려운 방법을 이용해야만 하며, 가공성이 적어 대면적의 표시소자 제작이 난해한 단점이 있고, 균일하게 박막을 입히거나, 박막의 두께 조절시 기술적으로 어려운 점이 노정되는 문제점이 있었다.On the other hand, the electrochromic layer 110 is a transition metal oxide, an organic color change material, a conductive polymer, and the like, the electrochromic material of the transition metal oxide is divided into a reducing type and an oxidation type again. For example, a reducing (anode) type chromophore that has a color when electrons are reduced such as tungsten trioxide (WO 3 ) or molybdenum trioxide (MoO 3 ), and iridium dioxide (IrO 2 ) or rhodium trioxide (RhO 3 ) As such, there may be mentioned an oxidizing (cathode) chromophore having a color when the electron is lost and oxidized. Such inorganic materials are deposited in the form of a thin film, which has the advantage of showing electrochromic phenomenon. However, electrochromic properties such as color contrast and oxidation-reduction stability (number of cycles: 10 6 or more) are excellent, but difficult methods such as vacuum evaporation and chemical vapor deposition should be used for thin film production. There is a problem in that a large area display device is difficult to fabricate due to low processability, and there is a problem that technical difficulties are exposed when uniformly coating a thin film or adjusting the thickness of the thin film.
그리고, 상기 유기 변색물질로는 헤테로고리나 공유 결합기를 가진 유기 화합물 등이 있으며, 그 일 예로 제초제로 알려진 Viologen(1,1-disubstituted 4,4'-bipyridinium ions, I)등이 있다. 이때, 상기 viologen은 2,2'-bipuridyl system이나 diphthalocyanines과 만찬가지로 전자를 얻어 환원될 때 색을 띠는 환원형 발색물질이고, 환원될 때 생성되는 라디칼 양이온은 청자색을 띠게 된다. 이러한 색변화는 처음 환원반응까지는 가역적이고 부반응 없이 여러번 순환, 반복될 수 있으나 더 환원시키면 가역성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.In addition, the organic discoloration material may include a heterocyclic ring or an organic compound having a covalent bond. Examples thereof include Viologen (1,1-disubstituted 4,4′-bipyridinium ions, I), which is known as a herbicide. At this time, the viologen is a reducing chromophore having a color when reduced by obtaining electrons as a dinner with 2,2'-bipuridyl system or diphthalocyanines, and the radical cations generated when reduced are blue violet. This color change is reversible up to the first reduction reaction and can be repeated and repeated many times without side reactions.
또한, 전도성 고분자의 경우 산화-환원(또는 도핑-비도핑)되면 공유 결합내의 전자밀도가 바뀌어 새로운 에너지 준위로의 전자의 전이가 가능해져 색의 변화를 도모할 수 있으며, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, poly(isothianaphthene), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 그리고 polyfuran 등은 전기적인 변색성을 보이는 대표적인 예이다. 그런데, 그 중 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜은 공기 중에서 안정하고 색대비 효과가 커서 현재 실용화와 관련된 많은 연구가 이루어지고 있으며, 여러 종류의 색변화를 나타내는 장점을 가지고 있어서 향후 전기 변색물질로의 사용이 크게 기대되는 물질이다. 더불어, 이들 전도성 고분자는 다른 무기물질이나 유기물질이 갖지 못하는 독특한 기계적, 광학적 성질 및 가공성을 지니고 있으므로 후술하는 본 발명에서의 주요 관건이 되고 있다.In addition, in the case of the conductive polymer, redox (or doping-undoped) changes the electron density in the covalent bond, thereby allowing the transfer of electrons to a new energy level, thereby facilitating color change.Polyacetylene, polypyrrole, polyaniline , Polythiophene, poly (isothianaphthene), poly (p-phenylenevinylene) and polyfuran are representative examples of electrical discoloration. However, polypyrrole, polyaniline, and polythiophene are stable in the air and have a large color contrast effect, and thus, many studies have been conducted on the practical use, and they have various advantages such as various color changes. This is a highly anticipated material. In addition, since these conductive polymers have unique mechanical and optical properties and processability that other inorganic materials and organic materials do not have, they become a key factor in the present invention described below.
한편, 상기 두 개의 가역적인 전극은 통상 전기변색 성질을 지니는 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극(120)과, 이온의 저장고(Ion Storage)로 사용되는 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 상대전극(130)으로 이루어지는데, 이들은 전도성 유리(ITO glass) 위에 어떠한 전기 변색물질이 사용되는냐에 따라서 각각의 작용이 달라진다. 즉, 작업전극(120)으로서 WO3와 같은 환원 발색물질(양극형의 전기변색물질)이 사용되는 경우 상대적극엔 Ni, Co 또는 iridium dxide로 된 산화 발색물질이 이용될 수 있고, 전도성 고분자를 사용하는 경우 전도성 고분자 전극이 작업전극(120)이 되고, 상대전극(130)에는 환원 발색물질인 WO3이 사용될 수 있다. 이와 같은 전기 변색장치(100)는 액체형에 비해 구조가 간단하고, 양쪽 전극 사이의 전하이동이 효율적으로 진행되므로 소자의 전기 변색특성 및 가역성이 더 좋아지게 되는 것이다.On the other hand, the two reversible electrode is a counter electrode composed of a working electrode 120 consisting of a conductive glass (ITO glass) having an electrochromic property, and a conductive glass (ITO glass) used as a storage of ions (Ion Storage) 130, which is different depending on which electrochromic material is used on the conductive glass (ITO glass). That is, when a reducing chromophoric material (anode type electrochromic material) such as WO 3 is used as the working electrode 120, an oxidic chromic material made of Ni, Co, or iridium dxide may be used as a relative electrode. In use, the conductive polymer electrode becomes the working electrode 120, and WO 3, which is a reducing color material, may be used for the counter electrode 130. The electrochromic device 100 has a simpler structure than the liquid type, and the charge transfer between both electrodes proceeds efficiently so that the electrochromic property and the reversibility of the device become better.
한편, 전해질층(140)은 전압의 변화에 따라 전자를 움직이게 하는 기능을 수행하는 것으로 주로 액체 전해질이 사용되고 있는데, 이러한 액체 전해질은 휴대가 불편하고 흘러 내리는 단점이 있어 현재에는 거의 사용되고 있지 않는 현실이다. 그리고, 전해질층(140)은 가능한한 비전기 변색특성의 물질로서 반드시 안정한 광학적 특성을 지녀야 하며, 투명하고 이온 전도도가 10-3∼10-6S/㎝ 범위의 값을 가져야 전기 변색소자로서 사용이 가능하다.On the other hand, the electrolyte layer 140 is a liquid electrolyte mainly used to perform the function of moving the electrons in accordance with the change of the voltage, such a liquid electrolyte is a reality that is rarely used at present because there is a disadvantage that it is inconvenient to carry and flow down. . In addition, the electrolyte layer 140 must have stable optical properties as a material of non-electrochromic properties as much as possible, and should be transparent and have an ion conductivity in the range of 10 -3 to 10 -6 S / cm to be used as an electrochromic device. This is possible.
본 발명의 목적은 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절할 수 있는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하고, 전해질층을 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 또는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용하여 전기 변색장치의 응답시간을 더욱 빠르게 할 수 있고 그 수명을 더욱 길게 할 수 있는 전기 변색장치의 제조방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to use an electrochromic layer applied to an electrochromic device capable of reversibly controlling the color of a material by electrochemical oxidation / reduction reaction, and a polyaniline, a derivative thereof, a polythiophene, a derivative thereof, and the like. Electrochemical synthesis is used, and the electrolyte layer is made of Polyethyleneimine-SO 3 _ polymer electrolyte or Polyethyleneoxide-ClO 4 - polymer electrolyte to make the response time of the electrochromic device faster and its life longer The present invention provides a method of manufacturing a color changing device.
도 1은 본 발명에 따른 전기 변색장치를 나타내는 개략도.1 is a schematic view showing an electrochromic device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전기 변색장치에 적용된 전기 변색층을 구현하기 위하여 전기화학적 합성에 사용되는 고분자 단량체 및 전해질, 용매의 조건을 나타내는 표.Figure 2 is a table showing the conditions of the polymer monomer and the electrolyte, the solvent used in the electrochemical synthesis to implement the electrochromic layer applied to the electrochromic device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 전기 변색층에 적용된 변색물질의 구조 및 변색물질의 합성시 사용된 카운터 이온을 나타내는 화학 구조식.Figure 3 is a chemical structural formula showing the structure of the color change material applied to the electrochromic layer and the counter ion used in the synthesis of the color change material according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 전기 변색장치에 적용된 전기 변색층을 구현하기 위하여 설치된 작업전극 및 상대전극을 포함한 장치도.4 is a device diagram including a working electrode and a counter electrode installed to implement the electrochromic layer applied to the electrochromic device according to the present invention.
도 5 및 도 6, 도 7은 본 발명에 따른 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층이 적용된 전기 변색장치의 흡수 스펙트라를 여러 가지 전압에서 측정한 결과를 나타내는 그래프.5, 6, and 7 are graphs showing the results of measuring absorption spectra of an electrochromic device to which an electrochromic layer of polyaniline, polyο-toluidine, and polyethoxyaniline according to the present invention are applied at various voltages.
도 8 및 도 9, 도 10은 본 발명에 따른 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층이 적용된 전기 변색장치의 optical response를 측정한 결과를 나타내는 그래프.8, 9 and 10 are graphs showing the results of measuring optical responses of an electrochromic device to which an electrochromic layer of polyaniline, polyο-toluidine and polyethoxyaniline according to the present invention is applied.
도 11 및 도 12, 도 13은 본 발명에 따른 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층으로 적용한 전기 변색장치의 전류-전압 곡선을 나타내는 그래프.11 and 12, 13 is a counter ion according to the invention the voltage curve - (ClO 4 -, BF 4 -, PF 4 -) the current of the electrochromic device in accordance with the polyaniline synthesized using the electrochromic layer respectively, Graph representing.
도 14 및 도 15, 도 16은 본 발명에 따른 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층으로 적용한 전기 변색장치의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과를 나타내는 그래프.14 and 15, 16 is a counter ion according to the invention find out the optical response of the electrochromic device in accordance with the polyaniline synthesized, each with the electrochromic layer (ClO 4 -, BF 4 - -, PF 4) Graph showing the results of potential pulses measured for
도 17 및 도 18, 도 19는 본 발명에 따른 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 각각 전기 변색층으로 사용하여 제작한 전기 변색장치를 여러 가지 전압하에서의 흡수 스펙트라를 측정하고, 도핑과 비도핑 때의 흡수 스펙트럼의 결과를 나타내는 그래프.17, 18, and 19 are measured for absorption spectra under various voltages of an electrochromic device fabricated using polythiophene and poly3-methylthiophene according to the present invention as electrochromic layers, respectively. Graph showing the results of the absorption spectrum when doping.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 전기 변색층으로 사용하여 제작한 전기 변색장치의 전류-전압 곡선을 나타내는 그래프.20 and 21 are graphs showing the current-voltage curve of the electrochromic device manufactured by using the polythiophene and poly3-methylthiophene as the electrochromic layer according to the present invention.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜의 전기 변색층으로 각각 적용한 전기 변색장치의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과를 나타내는 그래프.22 and 23 are graphs showing the results of potential pulses measured to determine the optical response of an electrochromic device applied as an electrochromic layer of polythiophene and poly3-methylthiophene according to the present invention, respectively.
도 24는 본 발명에 따른 전기 변색장치의 전해질층에 적용된 Polyethyleneim ine-SO3 _고분자 전해질을 설명하기 위한 화학 구조식.24 is a chemical structural formula for explaining the polyethyleneim ine-SO 3 _ polymer electrolyte applied to the electrolyte layer of the electrochromic device according to the present invention.
도 25 및 도 26은 본 발명에 다른 전기 변색장치의 전해질층에 적용된 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 및 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질의 임피던스를 측정한 결과를 나타내는 그래프.25 and 26 Polyethyleneimine-SO 3 _ applied to the electrolyte layer of the electrochromic device, the other to the invention the polyelectrolyte and Polyethyleneoxide-ClO 4 - a graph showing the results of the measurement of the impedance of the polymer electrolyte.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 전기 변색장치 110 : 전기 변색층100: electrochromic device 110: electrochromic layer
120 : 작업전극 130 : 상대전극120: working electrode 130: counter electrode
140 : 전해질층 150 : 기준전극140: electrolyte layer 150: reference electrode
160 : 혼합용액160: mixed solution
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도 전기 변색층이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(Active Electrode)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층과, 이온의 저장고(Ion Storage)가 되는 상대전극(Reservoir Electrode)으로 이루어진 전기 변색장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 전기 변색층은, 증류수에 전해질 p-toluenesulfonic acid를 녹인 용액 속에 진공증류(Vacuum Distillantion)를 통하여 정제된 아닐린(aniline)을 첨가시킨 다음 자석젓개로 저어주어 혼합용액을 수득하는 단계와, 상기 혼합용액에 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극 및 백금판(Fisher Scientific Co.)으로 구성된 상대전극 및 상기 작업전극의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(Reference Electrode)을 넣음과 동시에 상기 기준전극에 대한 상대전극의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리아닐린(Polyaniline)을 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 퇴적시키는 단계와, 상기 작업전극인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7V정도 유기시키고 수 분동안 방치하여 상기 폴리아닐린을 상기 전도성 유리 위에 코팅하는 단계를 통하여 양산되는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, at least the electrochromic layer is coated with a working electrode (electrode) having an electrochromic property, an electrolyte layer for conducting ions according to the change of voltage, and ion storage In the method of manufacturing an electrochromic device consisting of a Reservoir Electrode, the electrochromic layer is, aniline purified by vacuum distillation (Vacuum Distillantion) in a solution of the electrolyte p-toluenesulfonic acid in distilled water ) And then stir with a magnetic stir to obtain a mixed solution, a working electrode made of conductive glass (ITO glass) and a counter electrode made of platinum plate (Fisher Scientific Co.) and the working electrode of the mixed solution. At the same time the reference electrode (Reference Electrode) consisting of a saturated calomel to determine the potential and at the same time the potential of the counter electrode relative to the reference electrode is -0.2 ~ + 0.8V By varying the scanning speed in the range of 20㎷ / sec to deposit a polyaniline (Polyaniline) on the conductive glass, the working electrode, and to induce a voltage of + 0.7V on the conductive glass of the working electrode and leave for several minutes Mass production through coating the polyaniline on the conductive glass is a basic feature of the technical method.
이하, 본 발명에 따른 전기 변색장치의 제조방법의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the manufacturing method of the electrochromic device according to the present invention will be described.
먼저, 전기 변색장치(100)의 제작에 있어서 전기 변색층(110)에 사용되는 단량체로는 aniline, N-phenyl-1-naphtyanniline, thiophene, 2,2'-bithiophene, 3-methylthiophene 등이 있으며, 상기 전기 변색층(110)을 구현하기 위한 전해질로는 LiClO4, tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetrabutylammonium hexafluorophos-phate 등을 사용하고, 용매로는 acetonitrile, H2O를 사용하였다.First, in the production of the electrochromic device 100, monomers used in the electrochromic layer 110 include aniline, N-phenyl-1-naphtyanniline, thiophene, 2,2'-bithiophene, 3-methylthiophene, and the like. LiClO 4 , tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetrabutylammonium hexafluorophos-phate, and the like were used as electrolytes to implement the electrochromic layer 110, and acetonitrile and H 2 O were used as solvents.
이때, 상기 전기 변색층(110)을 구현하기 위하여 전기화학적 합성에 사용되는 고분자 단량체 및 전해질, 용매의 조건은 도 2에 도시된 바와 같고, 본 발명을 통하여 구현된 전기 변색층(110)의 변색물질의 구조 및 변색물질의 합성시 사용된 카운터 이온(counter ion)은 도 3에 도시된 바와 같다.In this case, the conditions of the polymer monomer, the electrolyte, and the solvent used in the electrochemical synthesis to implement the electrochromic layer 110 are as shown in Figure 2, the color change of the electrochromic layer 110 implemented through the present invention The structure of the material and the counter ions used in the synthesis of the discoloration material are shown in FIG. 3.
한편, 전기 변색장치(100)는 이미 설명한 바와 같이 전기 변색층(110)이 코팅되어 전기변색 성질을 지니는 작업전극(120)과, 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 전해질층(140)과, 이온의 저장고(Ion Storage)가 되는 상대전극(130)으로 이루어지는데, 본 발명에서는 상기 구성의 엘리먼트 중에서 전기 변색층(110) 및 전해질층(140)의 제조방법과, 상기 작업전극(120)으로 사용되는 전도성 유리의 세척방법에 대하여 설명하기로 한다.On the other hand, the electrochromic device 100 has a working electrode 120 is coated with an electrochromic layer 110 as described above, having an electrochromic property, an electrolyte layer 140 for conducting ions according to the change of voltage, and In the present invention, a method of manufacturing the electrochromic layer 110 and the electrolyte layer 140 among the elements of the above configuration, and the working electrode 120. The cleaning method of the conductive glass used will be described.
도 4은 본 발명에 따른 전기 변색장치의 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for explaining a method of manufacturing an electrochromic device according to the present invention.
본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 크게 폴리아닐린의 전기화학적 합성 또는 폴리아닐린 유도체의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성, 카운터 이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성에 의하여 제조되어진다.Electrochromic layer 110 applied to the manufacturing method of the electrochromic device 100 according to the present invention is largely electrochemical synthesis of polyaniline or electrochemical synthesis of polyaniline derivatives, electrochemical synthesis of polyaniline using a counter ion, using a counter ion It is prepared by electrochemical synthesis of polythiophene, electrochemical synthesis of polybithiophene using counter ions, and electrochemical synthesis of poly3-methylthiophene using counter ions.
이때, 상기 폴리아닐린의 전기화학적 합성을 설명하면 다음과 같다.In this case, the electrochemical synthesis of the polyaniline is as follows.
통상적으로 진공증류(Vacuum Distillantion)를 통하여 정제한 아닐린(aniline)은 무색 또는 담황색의 액체이고 알코올, 벤젠에 용해되는 특성이 있는데, 먼저 0.91mL(∼0.1mol)의 아닐린을 증류수 100mL에 전해질 p-toluenesulfonic acid 19.02g(∼1.0mol)을 녹인 용액 속에 첨가시켜 자석젓개로 저어주어 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리(ITO glass)로 구성된 작업전극(120) 및 백금판(Fisher Scientific Co.)으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(Reference Electrode)(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도(scan rate)를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리아닐린(Polyaniline)을 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 퇴적시킨다.Generally, aniline purified through vacuum distillantion is a colorless or pale yellow liquid, and dissolves in alcohol and benzene. First, 0.91 mL (˜0.1 mol) of aniline is dissolved in 100 mL of distilled water. 19.02 g (˜1.0 mol) of toluenesulfonic acid was added to the dissolved solution, and the mixture was stirred with a magnetic stir to obtain a mixed solution 160. Then, the working electrode 120 made of conductive glass (ITO glass) in the mixed solution 160. And a reference electrode 150 made of a platinum plate (Fisher Scientific Co.) and a reference electrode 150 made of saturated calomel for determining the potential of the working electrode 120. A polyaniline is deposited on the conductive glass, which is the working electrode 120, by changing the scan rate to 20 kV / sec in the potential of the counter electrode 130 with respect to Let's do it.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7V정도 유기시키고 약 20분 정도 방치하게 되면 자연스럽게 폴리아닐린이 입혀진 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.After that, when the voltage is induced about + 0.7V on the conductive glass, which is the working electrode 120, and left for about 20 minutes, it is possible to obtain a conductive glass coated with polyaniline.
그리고, 상기 폴리아닐린 유도체의 전기화학적 합성은 다시 폴리ο-톨루이딘(Poly-ο-toluidine)의 전기화학적 합성 및 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)의 전기 화학적 합성으로 대별되는데, 상기 폴리ο-톨루이딘의 전기 화학적 합성은 증류수 100mL에 전해질 p-toluenesulfonic acid 19.02g(∼1.0mol)를 녹인 용액 속에 진공증류를 통하여 정제된 ο-톨루이딘(ο-toluidine)을 첨가시키면서 자석젓개로 저어주어 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리ο-톨루이딘을 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 퇴적시키다.In addition, the electrochemical synthesis of the polyaniline derivatives is roughly divided into the electrochemical synthesis of poly-ο-toluidine and the electrochemical synthesis of polyethoxyaniline (Polyethoxyaniline), the electrochemical synthesis of the polyο-toluidine. Synthesis was performed by stirring with a magnetic paddle while adding ο-toluidine purified by vacuum distillation to a solution of 19.02 g (˜1.0 mol) of electrolyte p-toluenesulfonic acid in 100 mL of distilled water to obtain a mixed solution (160). Next, the working electrode 120 made of conductive glass, the counter electrode 130 made of platinum plate, and the reference electrode 150 made of saturated calomel to determine the potential of the working electrode 120 in the mixed solution 160. At the same time, the potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is changed to a scanning speed of 20 μs / sec in a range of −0.2 to +0.8 V to convert polyο-toluidine to the working electrode 120. Phosphorus conduction Drift on the glass.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7정도 유기시키고 20분 정도 방치하게 되면 자연스럽게 폴리ο-톨루이딘이 입혀진 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.After that, if the voltage is induced about +0.7 on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with polyο-toluidine can be naturally obtained.
또한, 상기 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)의 전기 화학적 합성은 증류수 100mL에 전해질 p-toluenesulfonic acid 19.02g(∼1.0mol)를 녹인 용액 속에 진공증류를 통하여 정제된 2-에톡시아닐린(ethoxyaniline)을 첨가시키면서 자석젓개로 저어주어 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.8V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜 폴리에톡시아닐린(Polyethoxyaniline)을 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 퇴적시키다.In addition, the electrochemical synthesis of the polyethoxyaniline (Polyethoxyaniline) is added 2-ethoxyaniline (ethoxyaniline) purified by vacuum distillation in a solution of 19.02g (˜1.0 mol) of the electrolyte p-toluenesulfonic acid in 100 mL of distilled water. While stirring with a magnetic stir to obtain a mixed solution 160, the working electrode 120 made of conductive glass and the counter electrode 130 made of a platinum plate and the working electrode 120 of the mixed solution 160 At the same time as the reference electrode 150 made of a saturated calomel for determining the potential, the potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is set at a scanning speed of 20 kV / sec in the range of -0.2 to + 0.8V. Polyethoxyaniline (Polyethoxyaniline) is deposited on the conductive glass, which is the working electrode (120).
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.7정도 유기시키고 20분 정도 방치하게 되면 폴리에톡시아닐린이 입혀진 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.After that, when the voltage is induced about +0.7 on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with polyethoxy aniline can be obtained.
여기서, 상기 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 흡수 스펙트라를 여러 가지 전압에서 측정한 결과는 도 5 및 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이 나타났다.The absorption spectra of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of polyaniline, polyο-toluidine, and polyethoxyaniline are applied are measured at various voltages. As shown.
즉, 상기 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)는, 낮은 전압(-3V)에서는 고분자의 환원된 상태에 해당하는 색상을 나타내고, 높은 전압(+3V)에서는 산화된 상태에 기인되는 색상을 나타냄을 알 수 있다.That is, the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of polyaniline, polyο-toluidine, and polyethoxyaniline is applied exhibits a color corresponding to the reduced state of the polymer at low voltage (-3V), It can be seen that at high voltage (+ 3V) the color due to the oxidized state appears.
그리고, 상기 폴리아닐린 및 폴리ο-톨루이딘, 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 optical response를 측정한 결과는 도 8 및 도 9, 도 10에 도시된 바와 같이 나타났다.In addition, the results of measuring the optical response of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of polyaniline, polyο-toluidine, and polyethoxyaniline are applied are shown in FIGS. 8, 9, and 10. appear.
즉, function generator와 오실로스코우프를 사용하여 전기 변색장치(100)에 1㎐의 주파수와 +6V의 전위차를 흘려주어 1초에 1번 ON(+3V), OFF(-3V)할 수 있게 하여 potential pulse를 측정하여 응답시간 및 수명(싸이클 수)을 측정한 결과, 상기 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 응답시간이 50㎳로 측정되었으며, 싸이클 수는 3.6×104으로 나타남을 알 수 있다.That is, by using a function generator and an oscilloscope, a frequency difference of 1 kHz and a potential difference of +6 V are applied to the electrochromic device 100 so that it can be turned ON (+3 V) and OFF (-3 V) once a second. As a result of measuring the response time and the lifetime (cycle number) by measuring the potential pulse, in the case of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of polyaniline is applied, as shown in FIG. It can be seen that the cycle number is 3.6 × 10 4 .
그리고, 폴리ο-톨루이딘의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 응답시간이 75㎳로 측정되었으며, 싸이클 수는 1.5×104으로 나타남을 알 수 있고, 상기 폴리에톡시아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 응답시간이 120㎳로 측정되었으며, 싸이클 수는 1×104으로 나타남을 알 수 있다.In addition, in the case of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of poly-toluidine was applied, as shown in FIG. 9, the response time was measured at 75 μs, and the number of cycles was 1.5 × 10 4 . As can be seen, in the case of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of the polyethoxy aniline was applied, as shown in FIG. 10, the response time was measured as 120 μs, and the number of cycles was 1 × 10 4. It can be seen that.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.On the other hand, the electrochromic layer 110 applied to the manufacturing method of the electrochromic device 100 according to the present invention is roughly divided by the electrochemical synthesis of polyaniline using a counter ion, the electrochemical synthesis of the polyaniline using a counter ion again ClO Electrochemical synthesis of polyaniline with 4 - ions and electrochemical synthesis of polyaniline with BF 4 - ions and electrochemical synthesis of polyaniline with PF 4 - ions.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴(Acetonitrile)에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(Lithium Perchlorate;LiClO4)를 녹인 용액 속에 1.86g(∼0.2mol)의 아닐린(aniline)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.2∼+1.3V로 유지시키면서 약 2시간 정도 방치하여 폴리아닐린 분말을 수득한다.At this time, the electrochemical synthesis of polyaniline using the ClO 4 - ion is 1.86 in a solution in which 10.6 g (˜1.0 mol) of lithium perchlorate (LiClO 4 ) of an electrolyte is dissolved in 100 mL of acetonitrile in a solvent. g (˜0.2 mol) of aniline was added to obtain a mixed solution 160, and then the working electrode 120 made of conductive glass and the counter electrode 130 made of platinum plate were added to the mixed solution 160, and While scanning the potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 while inserting a reference electrode 150 made of a saturated calomel to determine the potential of the working electrode 120 in the range of -0.2 ~ + 0.4V After circulating 20 times while changing the speed to 20 kV / sec, the mixture was left for about 2 hours while maintaining the voltage at +1.2 to + 1.3V to obtain polyaniline powder.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.2V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리아닐린 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 1.2V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polyaniline powder can be obtained.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 2.17g(∼0.1mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트(tetraethylammonium tetrafluoroborate;[CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 아닐린을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 순환시킨 후 전압을 +1.3∼+1.4V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of polyaniline using the BF 4 - ion was carried out with 2.17 g (˜0.1 mol) of tetraethylammonium tetrafluoroborate; [CH 3 (CH 2 ) 3 ] in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 4 NPF 6 ) to obtain a mixed solution 160 by adding aniline to the dissolved solution, and then to the mixed solution 160 a working electrode 120 made of conductive glass and a counter electrode 130 made of platinum plate and At the same time as the reference electrode 150 made of saturated calomel for determining the potential of the working electrode 120, the potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is set in the range of -0.2 to + 0.4V. After circulating 20 times while changing to 20 kW / sec, the mixture was left for about 2 hours while maintaining the voltage at +1.3 to +1.4 V to obtain a polyaniline powder.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.4V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리아닐린 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 1.4V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polyaniline powder can be obtained.
또한, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리아닐린의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.77g(∼0.02mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate;(CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 아닐린을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.8∼+2.0V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리아닐린 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of polyaniline using the PF 4 - ion is tetrabutylammonium hexafluorophosphate; (CH 3 CH 2 ) 4 NBF 6 of 0.77 g (˜0.02 mol) of electrolyte in acetonitrile of 100 mL of solvent. ) To obtain a mixed solution 160 by adding aniline to the dissolved solution, and then the working electrode 120 made of conductive glass, the counter electrode 130 made of platinum plate, and the working electrode ( A reference electrode 150 composed of saturated calomels for determining the potential of 120 is inserted, and the scan speed is set at a potential of -0.2 to + 0.4V at a potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150. After circulating 20 times while changing to / sec, the mixture was left for several hours while maintaining the voltage at +1.8 to + 2.0V to obtain polyaniline powder.
상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.8V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리아닐린 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.When the voltage is induced about + 1.8V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polyaniline powder can be obtained.
여기서, 상기 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층(110)으로 적용한 전기 변색장치(100)의 전류-전압 곡선은 도 11 및 도 12, 도 13에 도시된 바와 같다.Here, the counter ion (ClO 4 -, BF 4 -, PF 4 -), each current of the polyaniline synthesized using the electrochromic device 100 is applied to the electrochromic layer 110 - voltage curves 11 and 12, as shown in FIG.
이는 도핑에 의해 고분자 골격에 이미 존재하고 있던 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)이 지배적으로 작용하여 양과 음으로 하전된 전하 운반체의 발생확율를 다르게 만들기 때문이다.This counter ion by doping that was already present in the polymer backbone due to the dominant effect by making different the generation of the charge carriers and negative charged hwakyulreul (ClO 4 -, BF 4 - -, PF 4).
그리고, 상기 카운터 이온(ClO4 -, BF4 -, PF4 -)을 각각 사용하여 합성된 폴리아닐린을 전기 변색층(110)으로 적용한 전기 변색장치(100)의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과는 도 14 및 도 15, 도 16에 도시된 바와 같다.In addition, the counter ion (ClO 4 -, BF 4 - , PF 4 -) , respectively used to measure the synthesized polyaniline to investigate the optical response of the electrochromic device 100 is applied to the electrochromic layer 110, a potential The results of the pulses are as shown in Figs. 14, 15 and 16.
즉, Function generator를 사용하여 1㎐를 흘려보내 1초에 1번 ON(+3V), OFF(-3V)할 수 있게 한 결과, ClO4 -카운터 이온을 사용하여 합성된 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 14에 도시된 바와 같이 응답시간이 50ms로 측정되고, 싸이클 수는 3.6×104로 나타남을 알 수 있고, BF4 -카운터 이온을 사용하여 합성된 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 15에 도시된 바와 같이 응답시간이 65ms로 측정되고, 싸이클 수는 1.5×104로 나타남을 알 수 있고, PF4 -카운터 이온을 사용하여 합성된 폴리아닐린의 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 16에 도시된 바와 같이 응답시간이 40ms로 측정되고, 싸이클 수는 6.5×104로 나타남을 알 수 있다.That is, by using a Function generator flowed 1㎐ times a second ON 1 (+ 3V), results can be OFF (-3V), ClO 4 - electrochromic layer of polyaniline synthesized by using a counter-ion ( In the case of the electrochromic apparatus 100 to which 110) is applied, as shown in FIG. 14, the response time is measured as 50 ms, and the number of cycles is represented as 3.6 × 10 4 , using BF 4 − counter ions. In the case of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of the polyaniline is synthesized, as shown in FIG. 15, the response time is measured as 65 ms, and the number of cycles is represented as 1.5 × 10 4 . PF 4 - in the case of an electrochromic device 100, the electrochromic layer 110 of polyaniline synthesized by using a counter ion is applied, the response time, as shown in Figure 16 is measured in 40ms, can cycle is 6.5 × 10 It can be seen that it is represented by 4 .
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.On the other hand, the electrochromic layer 110 applied to the manufacturing method of the electrochromic device 100 according to the present invention is roughly classified by the electrochemical synthesis of polythiophene using the counter ion, the electrochemical of the polythiophene using the counter ion Synthesis is further divided into electrochemical synthesis of polythiophene using ClO 4 − ions, electrochemical synthesis of polythiophene using BF 4 − ions and electrochemical synthesis of polythiophene using PF 4 − ions.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 1.7g(∼0.2mol)의 티오펜(thiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.6∼+1.7V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는다.At this time, the electrochemical synthesis of polythiophene using the ClO 4 - ion 1.7g (~ 0.2 in a solution in which 10.6g (~ 1.0mol) of lithium perchlorate (LiClO 4 ) of the electrolyte dissolved in 100mL of acetonitrile of the solvent. mol of thiophene was added to obtain a mixed solution 160, and then the working electrode 120 made of conductive glass and the counter electrode 130 made of platinum plate and the working solution were added to the mixed solution 160. While the reference electrode 150 made of saturated calomel for determining the potential of the electrode 120 is inserted, the potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is reduced in the range of -0.2 to + 0.4V. After circulating 20 times with 20 s / sec change, the polythiophene powder is obtained by leaving the voltage at +1.6 to +1.7 V for about 2 hours.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.6V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 1.6V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the polythiophene powder coated conductive glass can be obtained.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 2.17g(∼0.1mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 1.86g(∼0.2mol)의 티오펜(thiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +2.1∼+2.2V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of polythiophene using the BF 4 − ions was carried out in 2.17 g (˜0.1 mol) of tetraethylammonium tetrafluoroborate ([CH 3 (CH 2 ) 3 ] 4 in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 1.86 g (˜0.2 mol) of thiophene was added to a solution in which NPF 6 ) was dissolved to obtain a mixed solution 160, and then a working electrode 120 made of conductive glass to the mixed solution 160, and A potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is inserted into a counter electrode 130 composed of a platinum plate and a reference electrode 150 composed of saturated calomel for determining the potential of the working electrode 120. After circulating 20 times while changing the scanning speed to -20 to + 0.4V in the range of -0.2 to + 0.4V, the polythiophene powder is obtained by leaving the voltage at +2.1 to + 2.2V for about 2 hours.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +2.1V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 2.1V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the polythiophene powder coated conductive glass can be obtained.
그리고, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.77g(∼0.22mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 1.7g(∼0.2mol)의 티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +2.3∼+2.4V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리티오펜 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of polythiophene using the PF 4 − ions is 0.77 g (˜0.22 mol) of tetrabutylammonium hexafluorophosphate ((CH 3 CH 2 ) 4 NBF 6 ) in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 1.7 g (˜0.2 mol) of thiophene was added to the dissolved solution to obtain a mixed solution 160. Then, a working electrode 120 made of conductive glass and a counter electrode made of platinum plate were added to the mixed solution 160. And a potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 at the same time as the reference electrode 150 composed of a saturated calome to determine the potential of the working electrode 120 and the reference electrode 150. After circulating 20 times while changing the scanning speed to 20 ㎷ / sec in the range of and left for about 2 hours while maintaining the voltage at +2.3 ~ + 2.4V to obtain a polythiophene powder.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +2.4V정도 유기시키고 약 20분 동안 방치하게 되면 상기 폴리티오펜 분말이 코팅된 상기 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 2.4V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polythiophene powder can be obtained.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.On the other hand, the electrochromic layer 110 applied to the manufacturing method of the electrochromic device 100 according to the present invention is roughly classified by the electrochemical synthesis of polybithiophene using a counter ion, The electrochemical synthesis is again performed by electrochemical synthesis of polybithiophene using ClO 4 - ions, electrochemical synthesis of polybithiophene using BF 4 - ions and electrochemical synthesis of polybithiophene using PF 4 - ions. Divided.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 1.663g(∼0.01mol)의 바이티오펜(bithiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +0.9∼+0.95V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는다.In this case, the electrochemical synthesis of polybithiophene using ClO 4 − ions is 1.663g (∼) in a solution in which 10.6 g (˜1.0 mol) of lithium perchlorate (LiClO 4 ) of electrolyte is dissolved in acetonitrile of 100 mL of solvent. 0.01 mol) of bithiophene is added to obtain a mixed solution 160, and then the working electrode 120 made of conductive glass and the counter electrode 130 made of platinum plate are added to the mixed solution 160. While scanning the potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 while inserting a reference electrode 150 made of a saturated calomel to determine the potential of the working electrode 120 in the range of -0.2 ~ + 0.4V After circulating 20 times while changing the speed to 20 kW / sec, it is left for about 2 hours while maintaining the voltage at +0.9 to + 0.95V to obtain polybithiophene powder.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +0.9V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리바이티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Subsequently, when the voltage is induced about + 0.9V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polybithiophene powder can be obtained.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 1.09g(∼0.05mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 1.66g(∼0.01mol)의 바이티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1V로 유지시키면서 2시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of polybithiophene using the BF 4 − ions was carried out using 1.09 g (˜0.05 mol) of tetraethylammonium tetrafluoroborate ([CH 3 (CH 2 ) 3 ]) in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 4 NPF 6 ), 1.66 g (˜0.01 mol) of bithiophene was added to the dissolved solution to obtain a mixed solution 160. Then, the working electrode 120 and platinum of conductive glass were added to the mixed solution 160. The potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is placed at the same time as the counter electrode 130 composed of the plate and the reference electrode 150 composed of the saturated calomel for determining the potential of the working electrode 120 are inserted. After circulating about 20 times while changing the scanning speed to 20 kV / sec in the range of 0.2 to + 0.4V, the polybithiophene powder is obtained by standing for 2 hours while maintaining the voltage at + 1V.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리바이티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 1V on the conductive glass, which is the working electrode 120, and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polybithiophene powder can be obtained.
또한, 그리고, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리바이티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.36g(∼0.01mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 1.66g(∼0.01mol)의 바이티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.1∼+1.2V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리바이티오펜 분말을 얻는다.In addition, electrochemical synthesis of polybithiophene using the PF 4 − ions was carried out using 0.36 g (˜0.01 mol) of tetrabutylammonium hexafluorophosphate ((CH 3 CH 2 ) 4 in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 1.66 g (˜0.01 mol) of bithiophene was added to a solution in which NBF 6 was dissolved to obtain a mixed solution 160. Then, the working electrode 120 and the platinum plate made of conductive glass were added to the mixed solution 160. A potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is placed at the same time as the counter electrode 130 composed of the reference electrode 150 and the reference electrode 150 composed of saturated calomel for determining the potential of the working electrode 120 are inserted. After circulating 20 times while changing the scanning speed to 20 kV / sec in the range of ˜ + 0.4 V, the polybithiophene powder is obtained by being left for about 2 hours while maintaining the voltage at +1.1 to +1.2 V.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.2V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면, 상기 폴리바이티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.After that, when the voltage is induced about + 1.2V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the polybithiophene powder can be obtained.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전기 변색층(110)은 카운터 이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성으로 대별되는데, 이 카운터 이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 다시 ClO4 -이온을 사용한 폴리3메틸티오펜의 전기화학적 합성 및 BF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성 및 PF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성으로 나뉘어진다.On the other hand, the electrochromic layer 110 applied to the manufacturing method of the electrochromic device 100 according to the present invention is roughly classified by the electrochemical synthesis of poly3-methylthiophene using a counter ion, the poly3- using the counter ion The electrochemical synthesis of methylthiophene is again carried out by electrochemical synthesis of poly3 methylthiophene using ClO 4 - ions and electrochemical synthesis of poly3-methylthiophene using BF 4 - ions and poly3 using PF 4 - ions. It is divided into electrochemical synthesis of methylthiophene.
이때, 상기 ClO4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 10.6g(∼1.0mol)의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 녹인 용액 속에 2mL(∼0.2mol)의 3-메틸티오펜(3-methylthiophene)을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.4∼+1.5V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는다.At this time, electrochemical synthesis of poly3-methylthiophene using ClO 4 - ion was carried out in 2 mL (1 mL) of a solution of 10.6 g (˜1.0 mol) of lithium perchlorate (LiClO 4 ) in an electrolyte of 100 mL of acetonitrile. ˜0.2 mol) of 3-methylthiophene is added to obtain a mixed solution 160, and then a working electrode 120 made of conductive glass and a counterpart composed of platinum plate are added to the mixed solution 160. The potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is inserted at the same time as the reference electrode 150 including the saturated electrode and the reference electrode 150 that determines the potential of the electrode 130 and the working electrode 120 is inserted. In the range of V, 20 cycles of the scanning speed were changed to 20 kV / sec, and then left for about 2 hours while maintaining the voltage at +1.4 to + 1.5V to obtain poly3-methylthiophene powder.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.4V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리3-메틸티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced to about 1.4V on the conductive glass, which is the working electrode 120, and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the poly3-methylthiophene powder can be obtained.
그리고, 상기 BF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 2.17g(∼0.1mol)의 테트라에틸암모늄 테트라플로러보레이트([CH3(CH2)3]4NPF6)를 녹인 용액 속에 2mL(∼0.2mol)의 3-메틸티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.4∼+1.5V로 유지시키면서 약 2시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of poly3-methylthiophene using the BF 4 − ions was carried out using 2.17 g (˜0.1 mol) of tetraethylammonium tetrafluoroborate ([CH 3 (CH 2 )) in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 3 ] 4 NPF 6 ) was added to 2mL (~ 0.2mol) 3-methylthiophene in a solution to obtain a mixed solution 160, and then the working electrode 120 made of conductive glass in the mixed solution 160 ) And a counter electrode 130 composed of a platinum plate and a reference electrode 150 composed of a saturated calomel for determining a potential of the working electrode 120, and at the same time, the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150. After changing the scanning speed to 20 kV / sec in the range of -0.2 to + 0.4V, the cycle is cycled 20 times and left for about 2 hours while maintaining the voltage at +1.4 to + 1.5V. Get offen powder.
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.5V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리3-메틸티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 1.5V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the poly3-methylthiophene powder can be obtained.
그리고, 상기 PF4 -이온을 사용한 폴리3-메틸티오펜의 전기화학적 합성은 용매 100mL의 아세토나이트릴에 전해질 0.77g(∼0.02mol)의 테트라뷰틸암모늄 헥사플로러포스페이트((CH3CH2)4NBF6)를 녹인 용액 속에 2mL(∼0.2mol)의 3-메틸티오펜을 첨가시켜 혼합용액(160)을 수득한 다음, 상기 혼합용액(160)에 전도성 유리로 구성된 작업전극(120) 및 백금판으로 구성된 상대전극(130) 및 상기 작업전극(120)의 전위를 결정하는 포화칼로멜로 구성된 기준전극(150)을 넣음과 동시에 상기 기준전극(150)에 대한 상대전극(130)의 전위를 -0.2∼+0.4V의 범위에서 주사속도를 20㎷/sec로 변화시켜가며 20회 정도 순환시킨 후 전압을 +1.5∼+1.6V로 유지시키면서 수 시간동안 방치하여 폴리3-메틸티오펜 분말을 얻는다.In addition, the electrochemical synthesis of poly3-methylthiophene using the PF 4 − ions was carried out with 0.77 g (˜0.02 mol) of tetrabutylammonium hexafluorophosphate ((CH 3 CH 2 ) 4 in 100 mL of acetonitrile in a solvent. 2 mL (˜0.2 mol) of 3-methylthiophene was added to a solution in which NBF 6 was dissolved to obtain a mixed solution 160. Then, the working electrode 120 and platinum of conductive glass were added to the mixed solution 160. The potential of the counter electrode 130 with respect to the reference electrode 150 is placed at the same time as the counter electrode 130 composed of the plate and the reference electrode 150 composed of the saturated calomel for determining the potential of the working electrode 120 are inserted. After circulating 20 times while changing the scanning speed to 20 kV / sec in the range of 0.2 to + 0.4V, the mixture is left for several hours while maintaining the voltage at +1.5 to + 1.6V to obtain poly3-methylthiophene powder. .
그 후, 상기 작업전극(120)인 전도성 유리 위에 전압을 +1.6V정도 유기시키고 약 20분동안 방치하게 되면 상기 폴리3-메틸티오펜 분말이 코팅된 전도성 유리를 얻을 수 있게 된다.Then, when the voltage is induced about + 1.6V on the conductive glass which is the working electrode 120 and left for about 20 minutes, the conductive glass coated with the poly3-methylthiophene powder can be obtained.
여기서, 상기 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜의 전기 변색층(110)이 각각 적용된 전기 변색장치(100)의 물리적 특성을 비교하면 다음과 같다.Here, the physical properties of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of the polythiophene and the poly3-methylthiophene are respectively compared are as follows.
먼저, 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 각각 전기 변색층(110)으로 사용하여 제작한 전기 변색장치(100)를 여러 가지 전압하에서의 흡수 스펙트라를 측정하고, 도핑과 비도핑 때의 흡수 스펙트럼의 결과는 도 17 및 도 18, 도 19에 도시된 바와 같다.First, the absorption spectra under various voltages of the electrochromic device 100 fabricated by using polythiophene and poly3-methylthiophene as the electrochromic layer 110 were measured, respectively. The results are as shown in Figs. 17 and 18 and 19.
즉 낮은 전압(-3V)에서 전기 변색장치(100)는 고분자의 환원된 상태에 따른 색상(붉은색)을 나타내었고, 높은 전압(+3V)에서는 산화된 상태에 따른 색상(푸른색)을 각각 나타내었다. 전압이 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 피크는 단파장으로의 이동을 나타내었고, 결과적으로 excitation에 의해 흡수 스펙트럼의 피크는 단파장으로 이동하였다.That is, at low voltage (-3V), the electrochromic device 100 showed a color (red) according to the reduced state of the polymer, and at a high voltage (+ 3V), the color (blue) according to the oxidized state, respectively Indicated. As the voltage increased, the peak of the absorption spectrum was shifted to the short wavelength. As a result, the peak of the absorption spectrum was shifted to the short wavelength by excitation.
그리고, 상기 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜을 전기 변색층(110)으로 사용하여 제작한 전기 변색장치(100)의 전류-전압 곡선은 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같다. 즉, 폴리티오펜의 전기 변색층(110)을 적용한 전기 변색장치(100)의 전류-전압 곡선에서 전압을 올려주며 측정한 산화피크와 전압을 내려주며 측정한 환원피크 모두 비대칭적으로 나타났으며, 이는 전해질 용액 내에 존재하고 있던 카운터 이온들이 고분자 골격에 도핑되어 들어갔기 때문이다.In addition, the current-voltage curve of the electrochromic device 100 fabricated using the polythiophene and poly3-methylthiophene as the electrochromic layer 110 is shown in FIGS. 20 and 21. That is, in the current-voltage curve of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 of polythiophene was applied, the measured peaks of the oxide and the measured peaks were asymmetric. This is because counter ions existing in the electrolyte solution are doped into the polymer skeleton.
상기 폴리티오펜과 폴리3-메틸티오펜의 전기 변색층(110)으로 각각 적용한 전기 변색장치(100)의 optical response를 알아보기 위하여 측정한 potential pulse의 결과는 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같다.The results of potential pulses measured to determine the optical response of the electrochromic device 100 applied to the electrochromic layer 110 of polythiophene and poly3-methylthiophene are shown in FIGS. 22 and 23. same.
즉, Function generator를 사용하여 1㎐를 흘려보내 1초에 1번 ON(+3V), OFF(-3V)할 수 있게 하고 6V의 전위차 사이에서 응답시간과 싸이클 수를 측정한 결과, 폴리티오펜을 사용한 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 22에 도시된 바와 같이 응답시간이 71ms로 측정되고, 싸이클 수는 7×103로 나타남을 알 수 있고, 폴리3-메틸티오펜을 사용한 전기 변색층(110)이 적용된 전기 변색장치(100)의 경우에는 도 23에 도시된 바와 같이 응답시간이 100ms로 측정되고, 싸이클 수는 2.5×103로 나타남을 알 수 있다.In other words, the function generator is used to flow 1 흘 to enable ON (+ 3V) and OFF (-3V) once per second, and the response time and the number of cycles are measured between the potential difference of 6V. In the case of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 is applied, as shown in FIG. 22, the response time is measured as 71 ms, and the number of cycles is represented as 7 × 10 3 . In the case of the electrochromic device 100 to which the electrochromic layer 110 using methylthiophene is applied, as shown in FIG. 23, the response time is measured as 100 ms, and the number of cycles is 2.5 × 10 3 . have.
한편, 본 발명에 따른 전기 변색장치(100)의 제조방법에 적용된 전해질층(140)은 10mL의 에탄올에 1.OOg의 Polyethyleneimine을 녹임과 동시에 별도의 에탄올 30mL에 2.00g의 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid를 녹인 후, 상기 Polyethyleneimine이 포함된 용액을 상기 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid가 포함된 용액에 첨가하면서 자석젓개로 1시간 정도 저어주게 되면 도 24에 도시된 바와 같은 맑은 옥색을 띠는 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질을 사용할 수 있고, 또는, 50mL의 Propylene carbonate 용액에 50mL의 Ethylene carbonate 용액을 섞어 자석젓개로 저어줌과 동시에 100℃의 온도를 유지하면서 10.6g의 리튬퍼크로러에이트(LiClO4)를 첨가하여 혼합물을 얻는 후, 상기 혼합물을 정제된 50mL의 아세토니트릴(acetonitrile)에 서서히 가함과 동시에 4g의 Polyethylene oxide를 1.5:1의 비율로 첨가하므로써 얻어지는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용할 수 있다.Meanwhile, the electrolyte layer 140 applied to the method of manufacturing the electrochromic device 100 according to the present invention dissolves 1.OOg of Polyethyleneimine in 10mL of ethanol and 2.00g of 2-acrylamido-2-in 30mL of ethanol at the same time. After dissolving methylpropanesulfonic acid, the solution containing the polyethyleneimine was added to the solution containing 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and stirred for about 1 hour with a magnetic spoon to give a clear turquoise as shown in FIG. 24. Polyethyleneimine-SO 3 _ polyelectrolyte can be used, or 50 mL of propylene carbonate solution is mixed with 50 mL of ethylene carbonate solution and stirred with a magnetic paddle while maintaining a temperature of 100 ° C. with 10.6 g of lithium perchlorate (LiClO). 4 ) to obtain a mixture, the mixture was slowly added to 50 mL of acetonitrile purified and 4 g of polyethylene oxide was added at a ratio of 1.5: 1. Polyethyleneoxide-ClO 4 - polymer electrolyte can be used.
이때, 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 및 Polyethyleneoxide- ClO4 -고분자 전해질의 임피던스를 측정한 결과는 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같다.In this case, the Polyethyleneimine-SO 3 _ polyelectrolyte and Polyethyleneoxide- ClO 4 - results of the measurement of the impedance of the polymer electrolyte is shown in Fig. 25 and 26.
즉, 도 25에 도시된 바와 같이 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질은 내부저항이 0에서 시작하는 이상적인 half circle 형태의 스펙트럼과 5.8×10Ω의 저항값을 나타내없고, 도 26에 도시된 바와 같이 상기 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질의 임피던스 스펙트럼 형태는 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질과 비교하여 비이상적인 모양을 보이지만 저항은 780Ω의 낮은 값을 나타내었다.That is, as shown in FIG. 25, the polyethyleneimine-SO 3 _ polymer electrolyte does not exhibit an ideal half circle spectrum having internal resistance starting from 0 and a resistance value of 5.8 × 10 Ω, as shown in FIG. 26. Polyethyleneoxide-ClO 4 - impedance spectrum in the form of a polymer electrolyte but is a non-ideal shape compared with the Polyethyleneimine-SO 3 _ polymer electrolyte resistance exhibited a low value of 780Ω.
이때, 도 25 및 도 26의 임피던스 결과로부터 상기 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질의 이온 전도도는 3.18×10-6S/㎝이고, 상기 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질의 이온 전도도는 1.478×10-5S/㎝임을 각각 알 수 있다.In this case, the ionic conductivity of the polyethyleneimine-SO 3 _ polymer electrolyte is 3.18 × 10 -6 S / cm from the impedance results of FIGS. 25 and 26, and the ionic conductivity of the polyethyleneoxide-ClO 4 - polymer electrolyte is 1.478 × 10 -5. It can be seen that each is S / cm.
한편, 상기 작업전극(120)으로 이용되는 이용되는 전도성 유리는 전기 변색층(110)인 고분자가 직접 코팅되어지므로 전기 변색장치(100)의 제작에 있어서 매우 중요하며, 상기 전도성 유리의 조건에 따라 전기 변색장치(100)의 안정성 등에 큰 영향을 주므로 가능한한 불순물을 깨끗하게 제거하여야만 하는데 그 과정을 설명하면, 먼저, 질소가스로 불어주어 전도성 유리 표면에 잔존하는 먼지를 제거한 다음, 농도 6wt%로 조절되어 음이온성·비이온성 계면활성제 및 첨가물이 포함된 Sodium hydroxide 용액을 사용하여 초음파 세척기 안에서 상기 전도성 유리를 다시 세척한다.On the other hand, the conductive glass used as the working electrode 120 is very important in the production of the electrochromic device 100 because the polymer is directly coated with the electrochromic layer 110, depending on the conditions of the conductive glass Since it greatly affects the stability of the electrochromic device 100 and the like, impurities should be removed as cleanly as possible. When the process is described, first, the dust remaining on the surface of the conductive glass is blown with nitrogen gas, and then the concentration is adjusted to 6wt%. The conductive glass is then washed again in an ultrasonic cleaner using a sodium hydroxide solution containing anionic and nonionic surfactants and additives.
그 후, 상기 초음파 세척기 안에서 증류수를 세 번정도 바꾸어 주며 전도성 유리를 세척한 다음, 다시 에탄올을 이용하여 세척함과 동시에 질소가스를 이용하여 건조하므로써 최상의 조건을 갖춘 전도성 유리를 수득하여 사용하게 되는 것이다.After that, the distilled water is changed three times in the ultrasonic cleaner, and then the conductive glass is washed, and then again washed with ethanol and dried using nitrogen gas to obtain and use the conductive glass having the best conditions. .
이상에서와 같이 본 발명에 따른 전기 변색장치의 제조방법에 의하면, 전기 화학적인 산화·환원 반응에 의하여 물질의 색을 가역적으로 조절할 수 있는 전기 변색장치에 적용되는 전기 변색층을 전도성 고분자인 폴리아닐린과 그 유도체, 그리고 폴리티오펜과 그 유도체 등을 전기화학적으로 합성하여 사용하므로써 전기 변색장치의 응답시간이 더욱 빨라지고, 그 수명(싸이클 수)이 길어질 뿐만 아니라 다양한 색상을 구현할 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the method of manufacturing an electrochromic device according to the present invention, an electrochromic layer applied to an electrochromic device capable of reversibly controlling the color of a material by an electrochemical oxidation / reduction reaction may include a polyaniline as a conductive polymer and By using an electrochemical synthesis of the derivatives, polythiophene and derivatives thereof, the response time of the electrochromic device is faster, the lifespan (the number of cycles) is longer, and there is an excellent effect of realizing various colors.
또한, 전기 변색장치에 적용되는 전해질층을 높은 전기 전도도를 갖는 Polyethyleneimine-SO3 _고분자 전해질 또는 Polyethyleneoxide-ClO4 -고분자 전해질을 사용하므로써 전기 변색장치의 응답시간이나 싸이클 수를 더욱 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.Also, Polyethyleneimine-SO has a high electrical conductivity of the electrolyte layer is applied to the electrochromic device 3 _ polyelectrolyte or Polyethyleneoxide-ClO 4 - Excellent capable of further improving the response time and the number of cycles of the electrochromic device by the use of the polymer electrolyte It works.
또한, 전기 변색장치에 적용되는 작업전극인 전도성 유리의 표면에 잔존하는 불순물을 깨끗하에 제거하므로써 전기 변색장치의 안정성 및 응답시간을 크게 향상시키는 유용한 효과가 있다.In addition, there is a useful effect of greatly improving the stability and response time of the electrochromic device by removing impurities remaining on the surface of the conductive glass, which is a working electrode applied to the electrochromic device.
그리고, 상기 전기 변색장치를 실용화한 전기 변색 유리창은 건물 또는 항공기, 선박의 창으로 사용될 수 있으며, 실내로 들어오는 강한 빛이나 태양열, 그리고 자외선 등을 마음대로 조절할 수 있는 실용적인 효과가 있다.In addition, the electrochromic glass window using the electrochromic device can be used as a window of a building, an aircraft, a ship, and has a practical effect of arbitrarily controlling strong light, solar heat, and ultraviolet light entering the room.
즉, 실내로 들어오는 강한 빛이나 태양열의 투과도를 조절할 수 있어 추운 계절에는 실내로 최대의 태양열이 들어올 수 있도록 전기 변색층을 투명하게 조절하고, 더운 여름에는 태양 광선이 전기 변색층을 반사해 나가도록 하므로써 실내 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있게 되어 냉·온방을 효율적으로 조절할 수 있는 효과가 있는 것이다.In other words, it is possible to control the transmittance of strong light or solar heat entering the room, so in the cold season, the electrochromic layer is transparently controlled so that the maximum solar heat enters the room, and in the hot summer, the sun rays reflect the electrochromic layer. By doing so, it is possible to prevent the room temperature from increasing, thereby effectively controlling cooling and heating.
또한, 자동차의 후사경에 응용하여 야간 운전시 뒷차량으로부터 조사되는 강한 불빛으로 인하여 운전자의 시야를 방해하는 현상을 방지할 수 있어 운전자의 안전운행을 기할 수 있는 효과가 있다.In addition, by applying to the rearview mirror of the car can prevent the phenomenon of obstructing the driver's vision due to the strong light irradiated from the rear vehicle at night driving, there is an effect that can ensure the driver's safe driving.
이와같이 본 발명의 제조방법에 의하여 얻어진 전기 변색장치는 다양한 응용과 실용화를 통하여 실생활에 많은 유익함을 줄 수 있고 에너지 절약 등을 기할 수 있을 뿐만 아니라 멋스러운 분위기까지 자아낼 수 있는 탁월한 효과가 있는 것이다.In this way, the electrochromic device obtained by the manufacturing method of the present invention can give a lot of benefits to the real life through various applications and practical use, not only can save energy, but also has an excellent effect to bring out a stylish atmosphere. .
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