CN102436110B - 一种柔性电致变色器件 - Google Patents

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Abstract

一种柔性电致变色器件，属于功能材料及器件技术领域。包括六层结构：透明柔性薄膜、电致变色薄膜、厚度为50nm～1000nm的金膜、多孔薄膜衬底、吸附了电解液的多孔薄膜材料和柔性下电极；其中金膜采用真空蒸发工艺沉积于多孔薄膜衬底上，电致变色薄膜采用电化学方法或化学原位聚合法沉积于金膜上。本发明采用金膜作为上电极，由于厚度为50nm～1000nm的金膜具有多孔网状的结构特征，使得沉积其上的电致变色薄膜附着力更好；离子能够在电场作用下顺利穿过多孔薄膜衬底和金膜，实现在电致变色薄膜材料中的注入和抽出，从而体现出电致变色薄膜颜色的可逆变化；另外，金膜具有良好的导电性能，这使得采用电化学方法所沉积的电致变色薄膜更加均匀，从而能够实现大面积电致变色器件。

Description

一种柔性电致变色器件
技术领域
本发明属于功能材料及器件技术领域，涉及柔性电致变色器件。
背景技术
电致变色(Electrochromism，EC)是指在外界电场的作用下，材料发生氧化或者还原导致其对光的透射或反射产生可逆的变化，在外观上则表现为颜色及透明度的可逆变化的现象。电致变色器件在现实生活中显示了良好的应用前景，已经被广泛应用于电致变色节能灵巧窗、汽车后视防眩镜、电致变色显示器、电致变色存储器、具有变色功能的太阳眼镜等产品中。电致变色材料具有广阔的应用领域，相信随着新世纪科学技术的发展以及对其不断深入地研究和探索，电致变色材料及其器件一定会得到更加普及化应用。
现有的大部分电致变色器件结构如图1所示，1代表沉积在透明上电极的变色膜，2代表液态电解液层、凝胶电解液层或固体电解液层，3代表透明下电极。在该器件中，通常是在上电极(通常采用ITO玻璃)表面沉积电致变色薄膜，然后在电致变色薄膜表面制备溶胶或固体电解液。电致变色膜的沉积是整个器件中的重要部分，常见的电致变色薄膜制备方法有电化学沉积、提拉法、旋涂法和丝网印刷等。在采用电化学方法沉积电致变色薄膜时，因为施加在ITO上的电压由于ITO本身方阻较大而变得不均匀，最后导致ITO膜上沉积的电致变色薄膜也是不均匀的，且电致变色薄膜在ITO膜上的附着力也较差；在采用提拉法、旋涂法或丝网印刷方法制备电致变色薄膜时，同样存在电致变色薄膜在ITO膜上的附着力较差的问题，并且还需要考虑电致变色材料的溶解性问题(因为需要将电致变色材料配制成溶液或浆料)，这使得电致变色器件对电极及电致变色材料有一定的选择性。这些问题的存在使得电致变色器件难以制作成柔性器件，同时电致变色器件的工艺可重复性和稳定性较差导致电致变色器件难以大面积推广应用。
本专利申请的发明人长期致力于电致变色薄膜及器件的研究，发现若能得到一层不依附于衬底存在的电致变色膜将会大大改善薄膜及器件的性能。之前报道了一种完全不依附于任何衬底存在的电致变色膜的制备方法，该专利申请所提供的电致变色器件提供了一种电致变色材料单独成膜的方法，使得电致变色器件的各层结构可以分别制备，然后在组装成器件，为柔性大面积电致变色器件的制备和应用开辟了一条新的道路(详见中国专利申请CN102109725A)。但在随后的工作中发现该类薄膜的制备需要聚合物在易挥发有机溶剂中有良好的溶解性，而且还需要该类聚合物能自身形成柔性薄膜，这就使该方法对聚合物种类有一点的选择性，限制了该类器件的应用。
发明内容
本发明提供一种柔性电致变色器件，该柔性电致变色器件将电致变色材料利用电化学沉积方法直接沉积在作为上电极的金膜表面，利用金膜多孔网状的结构特征，使得电致变色薄膜能够强力附着在金膜表面；同时金膜具有良好的导电性，使得大面积制备的电致变色薄膜均匀性能够得到保证。
本发明技术方案如下：
一种柔性电致变色器件，如图2所示，包括封装在一起的六层结构，从上往下依次是透明柔性薄膜1、电致变色薄膜2、厚度为50nm～1000nm的金膜3、多孔薄膜衬底4、吸附了电解液的多孔薄膜材料5和柔性下电极6；其中所述金膜3采用真空蒸发工艺沉积于多孔薄膜衬底4表面，所述电致变色薄膜2采用电化学方法或化学原位聚合法沉积于金膜3表面。
上述电致变色器件中，所述电致变色薄膜2材料为导电聚合物(包括：聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等导电聚合物)或其衍生物；所述多孔薄膜衬底4为有机滤膜、PVDF(聚偏氟乙烯)膜或多孔滤布；所述多孔薄膜材料5为滤纸、海绵或其他能够吸附电解液的材料；所述电解液为LiClO4和HClO4的乙腈溶液或LiClO4的聚碳酸酯溶液；所述透明柔性薄膜1为PET膜或PE膜等透明薄膜；所述柔性下电极6可以由金属导电层和柔性薄膜层叠而成，其中金属导电层可以采用铜箔、铝箔或其他金属箔。
本发明提供的柔性电致变色器件，其中金膜3采用真空蒸发工艺沉积于多孔薄膜衬底4表面，而电致变色薄膜2采用电化学方法或化学原位聚合法沉积于金膜3表面。由于厚度为50nm～1000nm的金膜具有多孔网状的结构特征，使得电致变色薄膜能够强力附着在金膜表面；并且多层结构封装成器件之后(器件中，金膜作为上电极使用)，电解液中的离子能够在电场作用下顺利穿过多孔薄膜衬底4和金膜3，实现离子在电致变色薄膜材料中的注入和抽出，从而体现出电致变色薄膜颜色的可逆变化。另外，由于厚度为50nm～1000nm的金膜并不丧失良好的导电性能，这使得采用电化学方法所沉积的电致变色薄膜更加均匀，从而能够实现大面积电致变色器件。
附图说明
图1为传统电致变色器件结构示意图。1代表沉积在透明上电极的变色膜，2代表液态电解液层、凝胶电解液层或固体电解液层，3代表透明下电极。
图2为本发明提供的柔性电致变色器件结构示意图。1代表透明柔性薄膜、2代表电致变色薄膜、3代表金膜、4代表多孔薄膜衬底、5代表吸附了电解液的多孔薄膜材料、6代表柔性下电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细的说明。图1为目前典型的“三明治”电致变色器件组装方式，分别包括：沉积在上电极的电致变色膜、电解液层和下电极。变色膜的沉积是整个器件的重要部分，目前主要包括化学原位沉积、电化学沉积、旋涂法、提拉法、丝网印刷和磁控溅射等。本课题组长期致力于图1器件结构进行探索，发现在不同的电极上沉积变色膜需要考虑附着力、均匀性和大面积等问题。本发明提供的电致变色器件中是用电化学法沉积于柔性金膜上，由于金膜具有多孔的网状结构，这就使得聚合物沉积时与衬底间的附着力大大提高；而且金膜就有很好的导电性，大大克服了传统ITO由于方阻太大而不能实现大面积的缺陷。实验证明，本发明提供的电致变色器件可以组装为大面积柔性器件。
图2为本发明提供的电致变色器件结构，从上往下依次是透明柔性薄膜1、电致变色薄膜2、厚度为50nm～1000nm的金膜3、多孔薄膜衬底4、吸附了电解液的多孔薄膜材料5和柔性下电极6。其中金膜3采用真空蒸发工艺沉积于多孔薄膜衬底4表面，而电致变色薄膜2则采用电化学方法或化学原位聚合法沉积于金膜3表面，得到的电致变色膜均匀且附着力良好。
上述电致变色器件中，所述电致变色薄膜2材料为导电聚合物(包括：聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等导电聚合物)或其衍生物；所述多孔薄膜衬底4为有机滤膜、PVDF(聚偏氟乙烯)膜或多孔滤布；所述多孔薄膜材料5为滤纸、海绵或其他能够吸附电解液的材料；所述电解液为LiClO4和HClO4的乙腈溶液或LiClO4的聚碳酸酯溶液；所述透明柔性薄膜1为PET膜或PE膜等透明薄膜；所述柔性下电极6可以由金属导电层和柔性薄膜层叠而成，其中金属导电层可以采用铜箔、铝箔或其他金属箔。
上述柔性电致变色器件制备时，首先在多孔薄膜衬底4上蒸镀厚度为50nm～1000nm的金膜3，然后在金膜3表面采用电化学方法或化学原位聚合法沉积电致变色薄膜2，最后将透明柔性薄膜1、电致变色薄膜2、厚度为50nm～1000nm的金膜3、多孔薄膜衬底4、吸附了电解液的多孔薄膜材料5和柔性下电极6层叠后封装，即可得到本发明所述柔性电致变色器件。

Claims (7)

1.一种柔性电致变色器件，包括封装在一起的六层结构，从上往下依次是透明柔性薄膜（1）、电致变色薄膜（2）、厚度为50nm～1000nm的金膜（3）、多孔薄膜衬底（4）、吸附了电解液的多孔薄膜材料（5）和柔性下电极（6）；其中所述金膜（3）采用真空蒸发工艺沉积于多孔薄膜衬底（4）表面，所述电致变色薄膜（2）采用电化学方法或化学原位聚合法沉积于金膜（3）表面；
所述多孔薄膜衬底（4）为有机滤膜、PVDF膜或多孔滤布；所述多孔薄膜材料（5）为滤纸、海绵或其他能够吸附电解液的材料。
2.根据权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述电致变色薄膜（2）材料为导电聚合物或其衍生物。
3.根据权利要求2所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯。
4.根据权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述电解液为LiClO4和HClO4的乙腈溶液或LiClO4的聚碳酸酯溶液。
5.根据权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述透明柔性薄膜（1）为PET膜或PE膜。
6.根据权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述柔性下电极（6）由金属导电层和柔性薄膜层叠而成。
7.根据权利要求6所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述金属导电层为铜箔或铝箔。
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