CN103984177A - 一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗 - Google Patents

一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗 Download PDF

Info

Publication number
CN103984177A
CN103984177A CN201410190529.4A CN201410190529A CN103984177A CN 103984177 A CN103984177 A CN 103984177A CN 201410190529 A CN201410190529 A CN 201410190529A CN 103984177 A CN103984177 A CN 103984177A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
pani
electrochromic material
solution
ito substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410190529.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103984177B (zh
Inventor
赵九蓬
曲慧颖
李垚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201410190529.4A priority Critical patent/CN103984177B/zh
Publication of CN103984177A publication Critical patent/CN103984177A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103984177B publication Critical patent/CN103984177B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗，该电致变色材料结构为NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间；通过将电致变色材料结构设置于两片玻璃片之间形成该智能窗窗本体的结构。本发明通过对智能窗所使用的电致变色材料结构的选择，使智能窗同时具有超级电容器的性能，智能窗可跟踪入射光的能量进行调节从而控制室内温度的同时，可实现其对电荷的存储与释放。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长。

Description

一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗
技术领域
本发明属于电致变色材料技术领域，具体是涉及一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗。
背景技术
电致变色是指在一定的电场或电流作用下，材料会发生光散射或者光吸收，从而导致其颜色发生变化，当电极极性改变时，又会出现退色的现象。自从1969年Deb.S.K.首次发现了WO3具有电致变色现象以来，人们又相继发现了很多与WO3一样具有电致变色性能的物质，如NiO，紫罗精，聚苯胺等，使得电致变色材料的种类逐渐增多，应用逐渐变广。
由于电致变色材料能够控制光能，降低能量损耗，符合未来智能材料的发展趋势，因此受到越来越多的关注。特别是如今，随着人们节能环保意识地逐渐提升，电致变色材料在智能窗的应用方面已成为研究热点。这种智能窗是通过自动或者手动改变外加电压或电流，从而使材料发生化学反应，导致其颜色发生变化，再跟踪入射光的能量进行调节从而控制室内温度。然而现阶段，智能窗只能发生颜色变化，并不能同时实现电荷的储存与释放，浪费了部分能源。
本发明通过选择既具有电致变色性能又可用作超级电容器的材料制备智能窗，使智能窗同时具有超级电容器的性能，来实现其对电荷的存储与释放。其原理是将智能窗通电后，薄膜会发生电子的嵌入与抽出，使窗体颜色发生改变。由于超级电容器对电荷的储存能力，断电后电荷将留在电极/溶液界面的双电层和电极材料本体中；同时，由于超级电容器可进行大电流充放电，当多扇智能窗并联时，已变色的智能窗可对其他窗体实现快速充电使其变色。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长，颜色多变化。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的上述技术问题而提供了一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗。
本发明的一种电致变色材料结构，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3-PANI复合薄膜和固体混合聚电解质；其特征在于：所述的NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，所述的WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间。
优选地，所述的NiO薄膜采用化学浴沉积法制备；将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向混合溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜。
优选地，所述的WO3-PANI复合薄膜采用电沉积法制备：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放电1min，最后在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜。
优选地，所述的固体混合聚电解质的制备方法为：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应，最后在60℃加热1h以形成凝胶。
本发明的一种电致变色材料结构的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将ITO基片分别于丙酮、甲醇、超纯水中超声清洗20min，除去其表面的灰尘及油脂，得到清洁的ITO基片，放入烘箱烘干；
(2)用化学浴沉积法制备NiO薄膜：将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜；
(3)用电沉积法制备WO3-PANI复合薄膜：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放1min，在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜；
(4)固体混合聚电解质的制备：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应；最后在60℃加热1h以形成凝胶；
(5)将所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，最终得到所述的电致变色材料结构。
本发明的一种兼作为超级电容器的智能窗，包括框架、滑片和窗本体；其特征在于：通过将电致变色材料结构设置于两片玻璃片之间形成所述的窗本体的结构。
采用电压控制系统和各个智能窗窗体并联。通电后，打开需要变色的智能窗开关，相应的智能窗即可发生变色；关闭电源，打开其他需要变色的智能窗开关，已变色的智能窗可实现对其他智能窗的快速充电使其变色，而该窗本体发生退色。
采用电压控制系统和各个智能窗窗体并联，打开电压控制系统及窗体1开关，对窗体1施加-0.5～-5V的电压，阳离子嵌入窗体1的薄膜中，窗体颜色变为蓝黑色，断开电压控制系统及窗体1开关，其颜色保持不变。此时，打开窗体1及窗体2开关，窗体1对窗体2进行大电流充电，阳离子从窗体1抽出嵌入到窗体2中，同时阴离子嵌入窗体1，窗体1颜色发生变化，经历黄色、绿色，最终变为蓝色；窗体2变为蓝黑色。以此类推。此外，当对各窗体施加反向电压时，即0～+5V的电压，颜色变化与上述过程相反。
本发明通过对智能窗所使用的电致变色材料的选择与结构，使智能窗同时具有超级电容器的性能，来实现其对电荷的存储与释放。其原理是将智能窗通电后，对窗体施加-0.5～-5V的电压，窗体颜色变为蓝黑色。此时，发生如下的变色反应：
再对窗体施加0～+5V的电压，窗体颜色经历绿色、黄色，最终变为蓝色。此时，发生如下的变色反应：
由于超级电容器对电荷的储存能力，断电后电荷将留在电极/溶液界面的双电层和电极材料本体中；同时，由于超级电容器可进行大电流充放电，当多扇智能窗并联时，已变色的智能窗可对其他窗体实现快速充电使其变色。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长，颜色多变化。
本发明的有益效果在于在使智能窗可跟踪入射光的能量进行调节从而控制室内温度的同时，可实现其对电荷的存储与释放。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的智能窗窗体结构的示意图；
图2为本发明的智能窗窗体颜色变化示意图(+5V～-5V)；
图3为本发明的电压控制系统控制多个智能窗窗体的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一：
本发明的电致变色材料结构为NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间。
实施例二：
本发明的电致变色材料结构的制备方法是按下列步骤实施：
(1)将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到深绿色溶液。将聚酰亚胺胶带粘在ITO的非导电侧以防止该侧发生沉积。将该ITO垂直放置在溶液中，并向溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜，并用超纯水洗涤。除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气退火1.5h制备得到NiO薄膜。
(2)将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液。选择两电极体系，两片ITO分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min再3mA恒流放电1min制备得到WO3-PANI薄膜。
(3)将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇(EG)加入到溶液中以促进聚合反应。然后在60℃加热1h以形成凝胶。
(4)将固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，最终得到电致变色材料结构。
实施例三：
本发明的兼作为超级电容器的智能窗，包括框架、滑片和窗本体；通过将电致变色材料结构设置于两片玻璃片之间形成窗本体的结构。将电压控制系统和各个智能窗窗体并联，测试智能窗的电致变色性能和电容器性能。

Claims (6)

1.一种电致变色材料结构，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3-PANI复合薄膜和固体混合聚电解质；其特征在于：所述的NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，所述的WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间。
2.根据权利要求1所述的电致变色材料结构，其特征在于：所述的NiO薄膜采用化学浴沉积法制备；将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向混合溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜。
3.根据权利要求1所述的电致变色材料结构，其特征在于：所述的WO3-PANI复合薄膜采用电沉积法制备：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放电1min，最后在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜。
4.根据权利要求1所述的电致变色材料结构，其特征在于：所述的固体混合聚电解质的制备方法为：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应，最后在60℃加热1h以形成凝胶。
5.一种制备权利要求1所述的电致变色材料结构的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将ITO基片分别于丙酮、甲醇、超纯水中超声清洗20min，除去其表面的灰尘及油脂，得到清洁的ITO基片，放入烘箱烘干；
(2)用化学浴沉积法制备NiO薄膜：将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜；
(3)用电沉积法制备WO3-PANI复合薄膜：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放1min，在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜；
(4)固体混合聚电解质的制备：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应；最后在60℃加热1h以形成凝胶；
(5)将所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，最终得到所述的电致变色材料结构。
6.一种兼作为超级电容器的智能窗，包括框架、滑片和窗本体；其特征在于：通过将权利要求1～4任一项权利要求所述的电致变色材料结构设置于两片玻璃片之间形成所述的窗本体的结构。
CN201410190529.4A 2014-05-07 2014-05-07 一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗 Active CN103984177B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410190529.4A CN103984177B (zh) 2014-05-07 2014-05-07 一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410190529.4A CN103984177B (zh) 2014-05-07 2014-05-07 一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103984177A true CN103984177A (zh) 2014-08-13
CN103984177B CN103984177B (zh) 2017-01-18

Family

ID=51276202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410190529.4A Active CN103984177B (zh) 2014-05-07 2014-05-07 一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103984177B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104111568A (zh) * 2014-06-30 2014-10-22 暨南大学 一种可电致变色、电化学储能和驱动电子设备的智能玻璃
CN104698714A (zh) * 2015-03-18 2015-06-10 哈尔滨工业大学 一种全色谱电致变色显示器
CN105538835A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 蔡雄 一种快速调节透光率的高铁车窗
CN105549293A (zh) * 2016-03-08 2016-05-04 北京工业大学 一种人体工效学智能窗系统的设计搭建方法
CN105553035A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 蔡雄 一种基于可视化调节功能充电面板的电动车快速充电站
CN106766277A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 深圳智达机械技术有限公司 一种太阳能热水器水箱
CN107976851A (zh) * 2017-12-27 2018-05-01 南京邮电大学 一种电致变色器件及其制备方法
CN110389479A (zh) * 2019-06-28 2019-10-29 嘉兴快闪新材料有限公司 用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法以及电致变色器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030099849A1 (en) * 2001-11-28 2003-05-29 Feng Chia University Electrochromic material and method for making the same
CN1928685A (zh) * 2006-09-28 2007-03-14 同济大学 溶胶－凝胶制备全固态电致变色器件的方法
CN101418214A (zh) * 2008-12-08 2009-04-29 浙江大学 一种电致变色材料及其制备方法
CN102455560A (zh) * 2010-10-26 2012-05-16 介面光电股份有限公司 电致变色模块及具有该模块的立体成像显示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030099849A1 (en) * 2001-11-28 2003-05-29 Feng Chia University Electrochromic material and method for making the same
CN1928685A (zh) * 2006-09-28 2007-03-14 同济大学 溶胶－凝胶制备全固态电致变色器件的方法
CN101418214A (zh) * 2008-12-08 2009-04-29 浙江大学 一种电致变色材料及其制备方法
CN102455560A (zh) * 2010-10-26 2012-05-16 介面光电股份有限公司 电致变色模块及具有该模块的立体成像显示装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104111568A (zh) * 2014-06-30 2014-10-22 暨南大学 一种可电致变色、电化学储能和驱动电子设备的智能玻璃
CN104111568B (zh) * 2014-06-30 2017-07-04 暨南大学 一种可电致变色、电化学储能和驱动电子设备的智能玻璃
CN104698714A (zh) * 2015-03-18 2015-06-10 哈尔滨工业大学 一种全色谱电致变色显示器
CN105538835A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 蔡雄 一种快速调节透光率的高铁车窗
CN105553035A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 蔡雄 一种基于可视化调节功能充电面板的电动车快速充电站
CN105549293A (zh) * 2016-03-08 2016-05-04 北京工业大学 一种人体工效学智能窗系统的设计搭建方法
CN105549293B (zh) * 2016-03-08 2019-09-27 北京工业大学 一种人体工效学智能窗系统的设计搭建方法
CN106766277A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 深圳智达机械技术有限公司 一种太阳能热水器水箱
CN107976851A (zh) * 2017-12-27 2018-05-01 南京邮电大学 一种电致变色器件及其制备方法
CN107976851B (zh) * 2017-12-27 2021-02-02 南京邮电大学 一种电致变色器件及其制备方法
CN110389479A (zh) * 2019-06-28 2019-10-29 嘉兴快闪新材料有限公司 用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法以及电致变色器件
CN110389479B (zh) * 2019-06-28 2022-03-15 嘉兴快闪新材料有限公司 用于涂覆电致变色薄膜的电沉积法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103984177B (zh) 2017-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103984177A (zh) 一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗
CN207037308U (zh) 一种柔性的固态电致变色器件
CN104538591B (zh) 锂离子电池负极材料的预锂化方法
CN104806128A (zh) 一种电致变色智能窗及其制备方法
CN207352315U (zh) 一种格栅调光玻璃
KR20150103938A (ko) 리튬황 배터리 분리막
CN206892521U (zh) 一种多层结构的柔性固态电致变色器件
CN101262055A (zh) 聚合物锂电池极片制备工艺
CN106371259A (zh) 一种全固态电致变色智能玻璃及其自驱动能源系统
CN102856532A (zh) 一种锂离子电池富锂阳极片的制备方法
CN104836519A (zh) 基于钙钛矿太阳能电池供电的一体化智能玻璃窗及其制造方法
CN104218218A (zh) 一种核壳结构的磷酸铁锰锂锂离子电池正极材料及其制备方法
CN104051691A (zh) 一种基于聚多巴胺的改性复合聚合物隔膜的制备方法
CN105789371A (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元素的方法
CN111063809A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN103094522B (zh) 锂离子电池阳极片
CN209561432U (zh) 一种背接触式全黑双玻组件
CN102013329B (zh) 一种提高染料敏化太阳能电池光能转化率的方法
CN103207492A (zh) 一种电致变发射率智能材料及其制备方法
CN104037380A (zh) 一种基于聚多巴胺的改性聚合物颗粒隔膜的制备方法
CN105471076A (zh) 太阳能及全固态二次电池复合供电器件
CN204536701U (zh) 一种自带太阳能电池的电致变色玻璃
CN204668666U (zh) 一种正负极之间设置有绝缘膜的叠层母排
CN210323655U (zh) 一种电动调光元件
CN103078082A (zh) 一种用于锂离子电池的高容量v2o5薄膜正极材料

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant