CN102736342A - 电致变色装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电致变色装置，特别是为主体是透明玻璃的多层结构，其中封装有多孔隙的气凝胶层，并于特定基板上涂布有导电材料，导电材料之间封装有电致变色材料，通过加电压于导电材料层，可以改变电致变色材料的特性。更者，基板外侧都可涂布光触媒材料，并设置有太阳能电源层，此可提供此电致变色装置的电力或提供电力给与其他装置。根据另一实施例，电致变色装置在基板之间可以封装一种电致变色复合材料层，此电致变色复合材料层为一气凝胶与一电致变色材料的复合结构。

Description

电致变色装置

技术领域

本发明涉及一种电致变色装置，特别涉及通过外加电压而可改变透明度的一种电致变色装置。

背景技术

根据公知的电致变色技术，其中使用的材料是能够在外加电场的作用下改变电致变色材料的反射率、透过率以及吸收率，能够产生稳定、可逆的颜色变化，如有色与透明之间的改变。

电致变色材料可分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，而有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。

若一般门户玻璃应用公知的电致变色材料形成一种智能玻璃，可以在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热扩散，借此调节室内温度，亦可改善自然光照程度，或是达到防窥的目的。

电致变色材料应用很广，其中之一是应用在门户的玻璃上，可参考美国专利第7,333,258号(公告日：2008年2月19日)揭示的电致变色装置(Electrochromic Device)，如图1所示。

图中显示一电致变色装置，特别用于窗户上，装置包括有第一玻璃板11与第二玻璃板12所夹合的第一透明电极层13、第二透明电极层14、电致变色层10、离子传导层15与离子储存层16，另有连接于第一、第二透明电极层13、14的电压源18。

经电压源18施加于第一透明电极层13与第二透明电极层14，其中离子将由离子传导层15游离到电致变色层10，或是反向由电致变色层10游离到离子传导层15，主要是根据电致变色层10中材料特性而改变颜色，变暗或是变透明。

但可变色切换的玻璃仍无法有效隔热，且玻璃放在室外容易有表面污染，尤其高楼玻璃清洗更加困难。且玻璃通常是长时间的受到太阳照射，因而可结合与太阳能有关的技术利用。

发明内容

有鉴于气凝胶的高介电常数特性十分适合用于电致变色层的复合材料，且目前并未有相关专利与公知技术结合两者的优点开发出复合材料，而本发明人着手进行研究并发现其具有极佳的应用价值，因此，发明人欲针对上述缺点与待改进的空间进行研革并提出专利申请。

应用公知的电致变色材料，本发明提出一种电致变色装置，其中包括备置一种多孔隙的气凝胶层，封装于第一与第二的透明基板之间，另具有第三基板，第二基板与第三基板之表面涂布有导电材料，形成第一导电材料层与第二导电材料层，其中封装有电致变色材料，通过加电压于导电材料层，可以改变电致变色材料的特性。上述各基板较佳为玻璃基板。

就其效果而言，气凝胶具有隔热、吸震、隔音、透光与介电性的特性，电致变色材料提供变色的效果，可改变颜色，或可变暗或是变透明。

于第三基板的外表面可涂布光触媒材料，形成第一光触媒层，当光触媒材料被太阳光中的紫外光照射时，在室内的光触媒材料即具有抗菌、除臭、净化的功能；第二光触媒层形成于第一基板外侧，室外光触媒则可防污，并且净化环境空气的效果。

根据实施例之一，第一基板外可贴附一太阳能电源层，此可提供此电致变色装置的电力。

根据另一实施例，电致变色装置包括有第一基板与第二基板，两者相对的表面分别形成有第一导电材料层与第二导电材料层，其间封装有一电致变色复合材料层，此电致变色复合材料层为一气凝胶与一电致变色材料的复合结构。

本发明的有益效果在于，本发明的电致变色装置特别可为一透明玻璃为主要结构的装置，包括封装于两个导电材料间的电致变色材料、电致变色复合材料或是一种全液态电致变色材料，可以通过太阳能光电板供电，提供该装置改变其透明度或颜色，并可配合隔热用的气凝胶与杀菌、除污用的光触媒，形成一个多功能的电致变色的智能装置。

附图说明

图1显示为公知技术的电致变色装置示意图；

图2A至图2G显示为本发明电致变色装置的工艺实施例示意图；

图3显示本发明电致变色装置实施例之一示意图；

图4显示本发明电致变色装置实施例之二示意图；

图5显示为太阳能电源层示意图；

图6显示本发明电致变色装置实施例之三示意图；

图7显示本发明电致变色装置实施例之三的另一示意图；

图8显示本发明电致变色装置实施例之四示意图。

其中，附图标记说明如下：

电致变色装置20、20′、30、30′、60、60′、60″

第一玻璃板11         第二玻璃板12

第一透明电极层13     第二透明电极层14

电致变色层10         离子传导层15

离子储存层16         电压源18

气凝胶层204          第一基板201

第二基板202          第三基板203

第一导电材料层205    第二导电材料层206

电致变色材料层207    第一光触媒层209

第二光触媒层210      太阳能电源层212

第一基板301          第二基板302

第三基板303          气凝胶层304

第一导电材料层305    第二导电材料层306

电致变色材料层307    第一光触媒层309

第二光触媒层310      太阳能电源层312

电压源32

第一电极层501        第二电极层505

防止反射膜502        第一半导体材料层503

第二半导体材料层504       第一基板601

第二基板602               第一导电材料层603

第二导电材料层604         第一光触媒层606

第二光触媒层607           太阳能电源层612

薄膜型电致变色材料6051

电解质材料6052            气凝胶材料6053

电致变色复合材料层605     间隙层608

具体实施方式

能源消耗与环境保护可说是一体两面的议题，若能有效解决能源消耗问题，对于环境保护则有正面效果。本发明即揭示可以通过外加电压而改变透明度的一种电致变色装置，应用此电致变色装置制作的窗户可以作为调节建筑物室内温度与光线的节能装置，能有效降低环境热源对建筑的影响。

特别的是，电致变色装置在一实施例中，可以具有气凝胶、电致变色材料与纳米二氧化钛光触媒三种结合的结构，经工艺组成后可形成门户用的透明装置，依此提供一种具有多功能杀菌、隔热、隔音、调光等功能的智能装置。

其中主要组成中的电致变色材料能够在外加电场(电压)的作用下改变电致变色材料的反射率、透过率以及吸收率，使之产生稳定、可逆的颜色变化，如有色与透明之间的改变。一般情况下，对一种电致变色薄膜两端施加电压时，其中电解质的阳离子与导体电极上的电子会同时注入，或是移出薄膜，进而使薄膜材料的氧化状态发生改变，因此导致颜色变化。

根据实施例，通常在电致变色装置中的电致变色材料层包括有电致变色薄膜与电解质层，能分别提供电子与离子，能够根据外加电压产生的电场在材料中移动，除了会产生颜色变化外，更应具有高透光率。

实施例可参考图2A至图2G所示的电致变色装置的工艺。如图2A，先备置一气凝胶层204，可为一种亲水性或疏水性的纳米二氧化硅气凝胶或二氧化钛气凝胶，较佳是具有多孔隙的结构。接着如图2B所示，将此气凝胶的溶-凝胶(sol-gel)披附于图示中的第一基板201与第二基板202之间的表面上，可通过干燥方式使其披附于表面，两端并予以封装材料密封。根据实施例，可将披附二氧化硅气凝胶的基板(201，202)进行热处理或表面处理，以提高其之间的附着性。较佳的是，各基板为玻璃基板。

上述第一基板201与第二基板202较佳为玻璃，若为建筑物门户之用，则为透明玻璃，以使得本说明书所描述的电致变色装置可以充分发挥其可变色的特色。对于上述披附于基板(201，202)表面的二氧化硅气凝胶表面涂覆界面活性剂进行表面改质，或是在气凝胶制作上直接制作出亲水性或疏水性的气凝胶。

经填充气凝胶层204于两基板(201，202)之间后，如图2C所示，在第二基板202上镀上一层第一导电材料层205，此可为一种导电玻璃材料，如玻璃基板涂覆有ITO(Indium tin oxide)。接着如图2D，备置第三基板203，同样较佳为玻璃，若为门户之用，则较佳为透明玻璃。在第三基板203上镀上另一层导电材料，如第二导电材料层206。如图示，第三基板203与第二导电材料层206形成的结构与第一基板201、气凝胶层204、第二基板202与第一导电材料层205形成的结构相对组立。再如图2E所示，两组结构之间灌注电致变色材料形成电致变色材料层207并进行封装。

上述第一基板201、第二基板202与封装于之间的气凝胶层204，并涂布于第二基板202表面的第一导电材料层205与涂布于第三基板203上的第二导电材料层206形成的结构为本说明书所称的电致变色装置20，特别是一种具有纳米多孔性氧化钛光触媒气凝胶层的玻璃。

就其效果而言，上述气凝胶层204为一种隔热、吸震、隔音、透光与介电性的气凝胶，可降低室外辐射热传至室内。而电致变色材料提供变色的效果，当于第一导电材料层205与第二导电材料层206施加一定电压时，于电致变色材料层207产生一电场，通过其中离子及/或电子的移动改变材料的颜色，可变暗或是变透明。

图2F显示可于第三基板203的外表面涂布光触媒材料，形成第一光触媒层209，当光触媒材料被太阳光中的紫外光照射时，在室内的光触媒材料即具有抗菌、除臭、净化的功能，若如图2G所示，室外光触媒则可防污，并且净化环境空气的效果。

如图2G所描述的实施例，于第一基板201外贴附一太阳能电源层212，此可提供此电致变色装置20′的电力，又于第一基板201与太阳能电源层212之外表面涂布光触媒材料，形成第二光触媒层210。

上述电致变色装置中的各层结构的效果与内容分述如下：

气凝胶层204的气凝胶(Aerogel)：

气凝胶为低热传导系数的纳米级多孔层固体网状结构材料，具有高表面积、低密度及低热传导性，可由有机或无机物所构成，特色是主要组成成分98％皆为空气，外表近似透明，为现存固体中具有最佳隔热性质的材料。由于为多孔隙的结构，孔洞大小小于分子气凝胶，通过固体粒子间非常微细的接触，于热量通过固体进行热传导行为时，热传导路径将会受碰撞的平均自由路径，导致气体热传导受到抑制，故具有低热传导系数，因此有良好的隔热效果。

最常见形态是由选择的氧化硅(SiO₂)与碳利用溶胶凝胶高分子聚合的无机-金属材料所构成，气凝胶可制备成单斜晶体，具有极大表面积及高孔隙度。由于其独特组成，气凝胶具有广泛性的应用，包括制备绝缘器、声波吸收器、触媒支撑器、吸附物及超级电容器，SiO₂气凝胶经常用于作为热绝缘体，可抗拒达1000℃的高温及可做成盘状或砖块状。而气凝胶并非只能单纯为无机材料，甚至可作成有机的气凝胶或是有机-无机复合材料型的气凝胶。亦可控制其表面活性特征，使其具有疏水性或亲水性的功能。

气凝胶除了具有优异的隔热能力外，同时具备低折射率特性，相当于拥有高透视度性能，此种优异高透视度的特性，因此适合作为本发明的电致变色装置应用在门窗的应用。

电致变色材料层207之电致变色材料(Electrochromic material)：

电致变色是指材料在电流或电场的作用下，发生光吸收或光散射，从而导致颜色产生稳定可逆变化的现象。自从发现氧化钨(WO₃)薄膜的电致变色现象，就相继发现并研究了很多具有电致变色性质的物质，如无机过渡金属氧化物TiO₂、Ni(OH)₂与Ir(OH)₂等，有机紫精、聚苯胺、酞花菁等。

电致变色材料按材料类型大致可分为无机电致变色材料与有机电致变色材料。无机电致变色材料的性能稳定，其光吸收变化是由于离子和电子的双注入与双抽出而引起的。有机电致变色材料的色彩丰富，易进行分子设计，其光吸收变化来自氧化还原反应。紫精为典型的有机电致变色材料。

紫精(Viologen)是1，1’-双取代基-4，4’-联吡啶盐，其结构中有两个N原子，不同的氧化还原态可提供电子或接收电子，发生两次可逆的氧化-还原反应。紫精有三个氧化还原态，紫精的2价阳离子最稳定，在可见光区基本没有吸收，当没有对阴离子引起光电荷转移时不显色。

还原时产生1价阳离子自由基，自由基电子在紫精的大共轭π键骨架上离域，因而可稳定存在。光电荷在1价N和0价N之间的转移，使得其莫尔吸光系数e很高，着色强烈。N，N’上取代基(R，R’)的电子效应对吸收光谱有较大影响，发生变化时引起分子轨道能级变化，从而产生不同颜色。进一步还原，得到双还原态中性紫精，因其没有相对应于可见光谱的光电荷转移，颜色强度很低。

上述的无机电致变色材料为选自阳极变色(anodic coloration)、阴极变色(cathodic coloration)、阴/阳极变色(cathodic/anodic coloration)所组成的过渡金属元素氧化物群族其中之一；该阳极变色过渡金属元素氧化物可为氧化铬(Cr₂O₃)、氧化镍(NiOx)、氧化铱(IrO₂)、氧化锰(MnO₂)、氢氧化镍[Ni(OH)₂]、五氧化二钽(Ta₂O₅)和亚铁氰化铁(Fe[Fe(Cn)₆]₃)；该阴极变色过渡金属元素氧化物可为氧化钨(WO₃)、氧化钼(MoO₃)、氧化铌(Nb₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、钛酸锶(SrTiO₃)和五氧化二钽(Ta₂O₅)；该阴/阳极变色过渡金属元素氧化物可为氧化钒(V₂O₂)、氧化铑(Rh₂O₃)和氧化钴(CoOx)。

再者，该电致变色材料还可为导电聚合物混合电解质所制成的有机薄膜型电致变色材料，其中，该导电聚合物为聚砒咯(Polypyrrole)或聚苯胺(polyaniline)。

电致变色材料层207的电解质层：

电解质层的其中之一实施例为固态电解质，较佳为一质子交换膜(ProtonExchange Membrane)，其他可如离子聚合物薄膜(Ionomer membrane)、有机/无机混成薄膜(Organic-Inorganic hybrid membrane)或酸/碱高分子薄膜(Membrane based on polymer and oxo-acids)其中之一。其中离子聚合物薄膜可为一聚全氟磺酸(polymerized perfluorosulfonic acid，PFSA)膜。

另有一种液态电解质，其可为过氯酸锂(LiCO₄)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)或硅酸钠(Na₂SiO₃)等。

光触媒的种类繁多，如二氧化钛、叶绿素、金属错合物(染料)等物质，凡是可吸收光线而引起催化反应进行的，都属于光触媒的范围。其中尤以叶绿素更是广为世人所熟悉的天然光触媒，它可以吸收太阳光的能量，把二氧化碳和水转化成葡萄糖，这就是著名的光合作用，既可提供生命所需的碳水化合物，更能去除空气中的二氧化碳，是天然的光触媒。其中二氧化钛(TiO₂)因为化学性质安定、不会危害人体与自然环境、价格低廉等优点，而成为最为广泛使用的人工光触媒。

光触媒是一种吸收光线而产生触媒反应的材料，只有在吸收适当光线后才会发生作用。当光触媒材料的粒径落在1～100纳米范围时，就可称为纳米光触媒，以形容这光触媒材料的粒径大小属于纳米级。当二氧化钛粒子吸收大于其能量间隙的光能后，电子会从共价带激发至传导带成为自由电子，而在共价带留下一个带正电的空穴。激发态的电子可以与靠近光触媒粒子表面的分子进行还原反应，使它成为还原态。另一方面，带正电的空穴可以与化学分子进行氧化反应，使它成为氧化态。因此在光触媒粒子表面同时进行着氧化与还原反应，这就是典型的光催化反应过程。

当利用二氧化钛粒子进行环境净化时，由于是在大气中，因此氧分子与水气分子会主导光触媒粒子表面上氧化还原反应的进行。当环境中的水气与氧气分子分别接触到二氧化钛粒子表面的电子与空穴时，就会在二氧化钛粒子表面上产生氢氧自由基(-OH)与负氧离子(O^2-)等吸附态的活性物质。

这些具有高度氧化能力的活性物质，与大气或水相中的污染物，如有机化合物、臭味、氮氧化物、细菌等接触时，会把它们氧化分解成二氧化碳与水，达到去除污染物的目的。

光触媒的反应机制可概分为化学反应机制与物理作用机制。举凡空气污染物或水中污染物的去除、有机化学合成、水分解产生氢气等应用，都牵涉到氧化或还原的化学反应。具有多孔隙且较厚的光触媒涂层，能提供较多的有效面积供电子-空穴与附着在表面上的分子进行反应，以提高反应速率。

至于物理作用机制，如自洁、防雾、防锈等，则因为仅牵涉电子的移转机制，不需要太厚的光触媒涂层。加上所涂布的对象大多是玻璃或磁砖等光滑表面，不能因为光触媒涂层而造成透光率的减少，或影响建物原来的颜色与外观，因此物理作用机制需要的仅是一层均匀，厚度约数十或数百纳米的薄膜。

光触媒除了环境净化的应用之外，在水的分解以产生氢气、二氧化碳还原以产生甲醇、光触媒太阳电池等方面的应用，也日益受到重视和广泛的研究与开发，尤其是光触媒太阳电池的开发，与一般硅基太阳电池比较，光触媒太阳电池具备可挠曲性，可制备于软性基材(如布料、塑胶等)上，应用范围会大为增加，因此备受期待。

太阳能电源层212的透明太阳能光电板：

太阳光的辐射能量分布在非常广泛的波长领域内，其中6％为紫外光，50％为可视光，44％为红外光。光电板的运作原理是利用半导体pn接合的激电力效应，如图5所示，半导体根据载子(Carrier)的正负特性分为p型与n型两种，p型与n型半导体一旦接合，负电子就会分开成为n型半导体，正电子则分开成为p型半导体。光线照射半导体时产生激发效应，具备负电荷的电子与具备正电荷的电子，则因半导体pn接合被分开，此时若将电极连续接在两半导体，就能够将电气取至外部。

一般来说，晴天时到达地表的光量平均大约是1,000W/m²左右，然而实际上pn接合半导体构成的光电板，只对特定波长的光线动作，换句话说要利用太阳光的全波长光线能量相当困难，因此光电板一般只能获得低于20％的发电效率，以传统能量转换效率7％的硅半导体光电板为例，晴天时最多只能获得70W/m²的电气能量。有关红外光的应用，理论上只要附加可变反射率功能，就能够制作对紫外光、可视光、红外光独立反应控制的半导体元件，若是制成平板玻璃形状时，这意味着该元件可以轻易应用在一般住家的玻璃窗户，达成大面积设置的目标。将光电板应用住家玻璃窗户发电的构想，它可以确保照明上的可视光，夏天防止热流入室内时反射红外光，冬天则将红外光导入室内，减少其它能源的使用，达成所谓的太阳能薄片(Solar Sheet)目标。

由于透明光电板利用紫外光的能量发电，因此包含光电板本身都可以防止紫外光造成的各种劣化问题，还可以轻易附加红外光反射功能，对室内隔热效果有正面帮助，透明光电板同时兼具发电、隔热、可视光玻璃窗户等功能，一般认为，其未来可望成为省能源的革命性建筑要素。

制作氧化物透明半导体时大多使用耐高温、高均质蓝宝石等高单价、高品质结晶性基板，基于未来量产成本等考量，将氧化锌半导体(n型)与铜铝氧化物半导体(p型)形成透明半导体pn接合，进而制成氧化锌、铝氧化物半导体、氧化铟锡(ITO)透明导电膜、透明玻璃基板构成的透明光电板。

根据上述气凝胶、电致变色材料、光触媒与透明太阳能光电板的描述，本发明特别提出以下几种应用这些材料的电致变色装置的实施例。

第一实施例：

图3显示本发明电致变色装置实施例之一示意图。

图3中左侧显示有第一基板301与第二基板302，并封装于其间的气凝胶层304，第二基板302相对于气凝胶层304的另一侧表面则形成有第一导电材料层305，比如是涂布于其第二基板302表面的氧化铟锡(ITO)材料层，而第三基板303的一表面则形成有第二导电材料层306，同样可为氧化铟锡(ITO)材料层，与第二基板302与第一导电材料层305形成的结构相互对应组立。

第一导电材料层305与第二导电材料层306之间填入封装有一电致变色材料层307，另有一电压源32分别电性连接第一导电材料层305与第二导电材料层306，此电压源32供应电压，并在第一导电材料层305与第二导电材料层306之间形成电场，而致使电致变色材料层307内的电解材料发生电子与离子移动的现象，使得此电致变色材料在电场的作用下发生光吸收或光散射，因而达到控制其颜色或透明度的效果。此例中，第一基板301、第二基板302与第三基板303为透明玻璃，故此电致变色材料层307因施加电压产生的颜色变化或是透明度变化将改变整个电致变色装置30的透光特性。

另有实施例在第一基板301与第三基板303的外侧表面分别涂布有光触媒层，同时在室内与室外都有除污、净化与杀菌的效果。

第二实施例：

上述电压源32可为装置本身所提供，如图4显示的电致变色装置实施例之二示意图。

图中同样包括第一基板301、第二基板302与其间封装的气凝胶层304，另有形成于第二基板302的另外一侧表面的第一导电材料层305，第三基板303的表面则形成有第二导电材料层306，而第一导电材料层305与第二导电材料层306之间封装有电致变色材料层307。

此例中，用于去污、杀菌的第一光触媒层309涂布于第三基板303的外侧表面，第一基板301相对于气凝胶层304的另一表面上可贴附一太阳能电源层312，此太阳能电源层312经阳光照射可以产生电力，特别的是，太阳能电源层312电性连接第一导电材料层305与第二导电材料层306，可以施加电压于两个导电材料层305，306上，通过形成的电场使得电致变色材料层307产生变化，多余的电力可供给额外设施使用。

太阳能电源层312的外侧表面可以涂布光触媒而形成第二光触媒层310，另有第一光触媒层309涂布于第三基板303相对于第二导电材料层306的另一外侧表面。太阳能电源层312可为一透明太阳能光电板，不致影响整体电致变色装置30′的透光度。

上述太阳能电源层312的实施例可参考图5所示的示意图。此类太阳能光板可为透明装置，其结构包括有受光面的第一电极层501，第一电极层501与内部构造之间可设置有一防止反射膜502，与另一侧的第二电极层505之间具有相互接触的第一半导体材料层503与第二半导体材料层504。

根据实施例，太阳能光电板的运作原理是利用半导体pn接合的激电力效应，第一半导体材料层503与第二半导体材料层504可分别为n型半导体材料与p型半导体材料。p型与n型半导体材料一旦接合，负电子就会分开成为n型半导体，正电子则分开成为p型半导体。光线照射pn半导体时产生激发，其间移动的电子或空穴产生电流，经导出可供应电致变色装置的电力。

第三实施例：

图6显示本发明电致变色装置实施例之三示意图。

图中显示的电致变色装置60具有第一基板601与第二基板602，并包括分别形成于其表面的第一导电材料层603与第二导电材料层604，两侧结构相互组立，第一导电材料层603与第二导电材料层604之间封装有一电致变色复合材料层605。

在一实施例中，上述的电致变色复合材料层605特别具有半导体特性，因此有可能与邻接的结构(如第二导电材料层604)产生异常电气相接的问题，如短路，故如图所示的实施例，可在电致变色复合材料层605与第二导电材料层604之间补入一间隙层608，以确保两层之间不会产生异常短路问题。另有实施例也可在电致变色复合材料层605与第一导电材料层603之间补入类似的间隙结构。

此例的电致变色复合材料层605结合了上述实施例中的气凝胶与一电致变色材料，如紫精混合气凝胶或接枝聚合于气凝胶表面的复合材料结构，此复合结构同时包括了气凝胶的特性，又可为电致变色之用。

此处气凝胶属于高介电常数的材料，并必须具有半导体导电的特性，方能提供电子予电致变色材料，如二氧化钛或氧化铟锡等。另一种架构是利用二氧化硅等不具导电特性的材料做成气凝胶，电子则靠基板的表面涂布有导电材料进行提供。

而气凝胶亲水与疏水性的应用，则视需求而定。作为室外与室内玻璃上，以纳米氧化钛光触媒作为气凝胶的纳米微孔架构，因需要行光合作用，所以需要亲水性属性的气凝胶。然而，若作为在两导电玻璃之间，如第一导电材料层603与第二导电材料层604之间，与电致变色材料作为复合材料，则可视电致变色材料中溶液性质决定；如果是水系电致变色溶液或电解质，或是OH^-基者，如水，则可选用亲水性的气凝胶；反之，如果是油性或疏水性的电致变色溶液或电解质，如γ-丁内酯，则必须把气凝胶制作成具疏水性特质。

另有实施例如图7显示的电致变色装置60′，其中特别的是，电致变色复合材料层605除上述电致变色材料混合或接枝聚合于气凝胶表面的结构外，此复合材料亦可于第二导电材料层604上(此例为电致变色复合材料层605与第二导电材料层604之间)镀有一层有机或无机薄膜型电致变色材料6051，而电致变色复合材料层605中更将电解质材料6052灌注封装于气凝胶材料6053的孔隙中。

根据实施例，第一基板601与第二基板602的外侧表面可涂布有光触媒，形成光触媒层。

第四实施例：

此例如图8所示的电致变色装置实施例之四示意图。

其中电致变色装置60′的第一基板601与第二基板602内部封装有电致变色复合材料层605，而两个基板(601，602)的内侧表面分别形成有第一导电材料层603与第二导电材料层604。

在一实施例中，如图6显示的结构，电致变色复合材料层605因为具有半导体特性，所以为避免与邻接的结构产生异常电气相接的问题，可在电致变色复合材料层605与第二导电材料层604之间补入间隙层608，以确保两层之间不会产生异常短路问题。同样在电致变色复合材料层605与第一导电材料层603之间亦可补入类似的间隙结构。

特别的是，此例的第二基板602的外侧表面形成有第一光触媒层606，而第一基板601的外侧表面则可设置有可供应电力的太阳能电源层612，太阳能电源层612电性连接第一导电材料层603与第二导电材料层604，其产生的电力可以于两个导电材料层(603，604)之间形成改变电致变色复合材料层605物理特性的电场。

另可于太阳能电源层612的外侧涂布形成第二光触媒层607。

除了上述电致变色材料的组成(如包括电致变色薄膜与电解质层)之外，另有实施例应用了一种“全液态电致变色材料”，即电致变色材料层中填入此全液态电致变色材料，其成分主要可以有机材料或无机材料，配合溶剂而组成，其中材料包括至少一种有机材料与至少一种无机材料，或有机、无机材料的混合溶液。

根据实施例，有机材料选自氧化还原指示剂、PH指示剂与特定有机化合物，相关成分分述如下：

氧化还原指示剂可选自亚甲蓝、二氯酚靛酚钠、N-苯基邻氨基苯甲酸、二苯胺磺酸钠、N，N’-二苯基联苯胺或紫精(Viologen)；PH指示剂可为凡拉明蓝盐B；有机化合物则可为二茂铁(Ferrocene，Fe(C₅H₅)₂)、7，7，8，8-四氰基对苯二醌二甲烷(7，7，8，8-Tetracyanoquinodimethane)。

全液态电致变色材料中的无机材料则可选自过渡元素的氧化物、硫化物、氯化物或氢氧化物，其中：

过渡元素可选自钪副族、钛副族、钒副族、铬副族、锰副族、铁系、铜副族、锌副族或铂副族。

上述无机材料亦可选自卤族无机衍生物、氧族无机衍生物、氮族无机衍生物、碳族无机衍生物、硼族无机衍生物、碱土族无机衍生物或碱金族无机衍生物。

更者，无机材料可选自氯化亚铁(FeCl₂)、三氯化铁(FeCl₃)、三氯化钛(TiCl₃)、四氯化钛(TiCl₄)、氯化铋(BiCl₃)、氯化铜(CuCl₂)或溴化锂(LiBr)。

根据实施例，全液态电致变色材料中的溶剂可选自二甲基亚砜((CH₃)₂SO)、碳酸丙烯酯(C₄H₆O₃)、水、γ-丁内酯、乙腈、丙腈、苯腈、戊二腈、甲基戊二腈、3，3’-氧二丙腈、羟基丙腈、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯啶酮、环丁砜、3-甲基环丁砜或其混合物的其中之一。

另外，全液态电致变色材料亦可为有机电致变色材料溶于溶剂中所制成者，该有机电致变色材料的一较佳实施例为紫精(Viologen)或酞花菁等，而其中该紫精的R取代基的碳链长度或者结构的不同而会有不同的颜色，其R取代基可为甲基(Methyl)、乙基(Ethyl)、丙基(Propyl)、丁基(Butyl)、戊基(Pentyl)、己基(Hexyl)、庚基(Heptyl)、辛基(Octyl)、异戊基(Iso-pentyl)、或苄基(Benzyl)其中之一者，则该紫精较常见的可为：1，1′-二甲基-4，4′-联吡啶鎓盐二氯化物水合物(1，1′-Dimethyl-4，4′-bipyridiniumDichloride Hydrate，MV)、二溴化-1，1′-二庚基-4，4′-联吡啶鎓(1，1′-Diheptyl-4，4′-bipyridinium Dibromide，HV)、1，1′-二苄基-4，4′-二吡啶嗡二氯化物水合物(1，1′-Dibenzyl-4，4′-bipyridinium Dichloride Hydrate，BV)、1，1′-双(2，4-二硝基苯基)-4，4′-二氯化联吡啶(1，1′-Bis(2，4-dinitrophenyl)-4，4′-bipyridinium Dichloride)、1，1′-二正辛基-4，4′-联吡啶嗡二溴化物(1，1′-Di-n-octyl-4，4′-bipyridinium Dibromide，Octyl)、1，1′-二苯基-4，4′-联吡啶鎓二氯化(1，1′-Diphenyl-4，4′-bipyridinium Dichloride)、4，4′-联吡啶(4，4′-Bipyridyl)等。

综上所述，本说明书所描述的电致变色装置特别可为一透明玻璃为主要结构的装置，包括封装于两个导电材料间的电致变色材料、电致变色复合材料或是一种全液态电致变色材料，可以通过太阳能光电板供电，提供该装置改变其透明度或颜色，并可配合隔热用的气凝胶与杀菌、除污用的光触媒，形成一个多功能的电致变色的智能装置。

惟以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等同结构变化，均同理包含于本发明的范围内，合予陈明。

Claims (20)

1.一种电致变色装置，其特征在于所述的装置包括：

一第一基板；

一第二基板；

一第三基板；

一气凝胶层，封装于该第一基板与该第二基板之间；

一第一导电材料层，形成于该第二基板相对该气凝胶层的另一表面上；

一第二导电材料层，形成于该第三基板的一表面上，该第二导电材料层与该第一导电材料层相对组立；以及

一电致变色材料层，封装于该第一导电材料层与该第二导电材料层之间。

2.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色材料层填入一全液态电致变色材料或薄膜型电致变色材料。

3.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的第一基板、该第二基板与该第三基板为透明玻璃。

4.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的第一导电材料层与该第二导电材料层分别为涂布于该第二基板与该第三基板上的氧化铟锡材料层。

5.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一电性连接该第一导电材料层与该第二导电材料层的一电压源。

6.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一太阳能电源层，贴附于该第一基板相对于该气凝胶层的另一表面上。

7.如权利要求6所述的电致变色装置，其特征在于所述的太阳能电源层为一透明太阳能光电板，电性连接该第一导电材料层与该第二导电材料层。

8.如权利要求6所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一第二光触媒层，涂布于该太阳能电源层的外侧表面上。

9.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一光触媒层，涂布于该第一基板的外侧表面上。

10.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一第一光触媒层，涂布于该第三基板相对于该第二导电材料层的另一外侧表面。

11.一种电致变色装置，其特征在于所述的装置包括：

一第一基板；

一第二基板；

一第一导电材料层，形成于该第一基板的一表面上；

一第二导电材料层，形成于该第二基板的一表面上，该第二导电材料层与该第一导电材料层相对组立；以及

一电致变色复合材料层，封装于该第一导电材料层与该第二导电材料层之间。

12.如权利要求11所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色复合材料层为一气凝胶与一电致变色材料的复合结构。

13.如权利要求12所述的电致变色装置，其特征在于，于该电致变色复合材料层中，还将一电解质材料灌注封装于该气凝胶的材料孔隙中。

14.如权利要求12所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色复合材料层与该第二导电材料层之间镀有一层有机或无机薄膜型电致变色材料。

15.如权利要求12所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色复合材料层与该第一导电材料层或该第二导电材料层之间具有一间隙层。

16.如权利要求11所述的电致变色装置，其特征在于所述的第一导电材料层与该第二导电材料层分别为涂布于该第一基板与该第二基板上的氧化铟锡材料层。

17.如权利要求11所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一电性连接该第一导电材料层与该第二导电材料层的一电压源。

18.如权利要求11所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一太阳能电源层，为一透明太阳能光电板，贴附于该第一基板相对于该电致变色复合材料层的另一表面上，并电性连接该第一导电材料层与该第二导电材料层。

19.如权利要求18所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一第二光触媒层，涂布于该太阳能电源层的外侧表面上。

20.如权利要求11所述的电致变色装置，其特征在于所述的电致变色装置还包括一第一光触媒层，涂布于该第二基板相对于该第二导电材料层的另一外侧表面。

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