CN105022176A - 一种电致变色器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电致变色器件，其包括：一第一衬底；一第二衬底，间隔设于第一衬底下方；一热致变色材料层，位于该第一衬底与该第二衬底之间；一导电材料层：形成于第一衬底和第二衬底中至少一个衬底的相对于热致变色材料层的外表面上；一封装材料层，扣设于第一衬底、热致变色材料层、第二衬底的两侧；一第一接电部，位于导电材料层的一侧；一第二接电部，位于导电材料层相对于第一接电部的另一侧。本发明具有结构简单，制备工艺简单、成本低、反应迅速的优点，同时本发明的第一衬底与第二衬底为柔性聚合物材料，还具有柔性好、可弯曲等优点，可以应用于智能窗、节能建筑、军事伪装等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电致变色器件，特别是涉及通过外加电压可改变透过率的一种电致变色器件。
背景技术
电致变色材料是利用材料的光学属性(例如:反射率、穿透率、吸收率等) ，在外加电场的作用下发生稳定且具有可逆性的颜色变化反应。
电致变色材料可以分为无机电致变色材料和有机电致变色材料，无机电致变色材料具备循环稳定性高、附着力强及热稳定性高、使用寿命长等优点，而有机电致变色材料具有响应速度快、颜色变化丰富、易加工、易分子设计及成本低廉等优点。
传统电致变色器件的制备方法主要是在导电玻璃上沉积或聚合电致变色薄膜，故存在柔韧性差，难以实现大面积化生产来满足实际需求等问题。
根据不同的环境与需求，电致变色材料可广泛应用于建筑业、汽车工业、航天工业等各种领域，例如作为调节室内阳光入射能量的智能型窗户、汽车的反强光照后镜、车内的天窗、静态图案广告牌、数字显示器等。有鉴于此，确有必要提供一种新型的具有柔性且制作工艺简单的电致变色器件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有柔性且制作工艺简单的电致变色器件。
本发明采用的技术方案是：
一种电致变色器件，其包括：
一第一衬底；
一第二衬底，间隔设于第一衬底下方；
一热致变色材料层，位于该第一衬底与该第二衬底之间；
一导电材料层，形成于第一衬底和第二衬底中至少一个衬底的相对于热致变色材料层的外表面上；
一封装材料层，扣设于第一衬底、热致变色材料层、第二衬底的两侧；
一第一接电部，位于导电材料层的一侧；
一第二接电部，位于导电材料层相对于第一接电部的另一侧。
所述第一衬底与第二衬底之间的间隙为0.1mm至10mm。
所述第一衬底与第二衬底的材料为透明且可弯曲的材料。
所述热致变色材料层的材料为有机相变材料或有机相变材料复合材料。
所述有机相变材料常温下呈不透明状，加热后透明度产生变化；有机相变材料为石蜡或脂肪酸类或多元醇类相变材料。
所述有机相变材料复合材料是由有机相变材料和基体材料复合而成，所述基体的材料为透明且可弯曲的材料。
所述基体的质量百分比含量为1%~99%。
所述封装材料层的材料为硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、光固化胶、热固化胶、非导电性固化胶中的一种或几种的组合。
所述导电材料层的导电材料为透明导电材料。
所述第一接电部与第二接电部之间的间距为10mm-100mm。
本发明还公开一种电致变色器件的制作方法，包括以下步骤：
（1）在衬底上均匀沉积导电材料；
（2）将未固化的热致变色材料灌装于第一衬底与第二衬底之间；
（3）将第一衬底、第二衬底与热致变色材料用封装材料进行封装。
所述步骤（1）中衬底上均匀沉积导电材料的采用的方法为蒸镀、磁控溅射、纳米喷涂、热熔胶固定等方法的一种或几种联合使用。
本发明采用以上技术方案，利用柔性材料将热致变色材料封装于第一衬底与第二衬底之间，第一衬底与第二衬底中至少一个的相对于热致变色材料层的表面为导电材料层，通过加电压于导电材料层，使得导电材料层产生焦耳热，可以改变热致变色材料的特性。
本发明的有益效果在于，本发明的电致变色器件可为一柔性聚合物材料为主要结构的装置，包括封装于第一衬底与第二衬底之间的热致变色材料，通过施加电压于导电材料层，引发第一衬底与第二衬底的焦耳热效应，改变热致变色材料的透过率，从而改变整个电致变色器件的透明度。由于使用了封装设计，热致变色材料可选择的范围大大拓宽，可以是从固体到液体的各种有机相变材料。
与现有技术相比较，该电致变色器件具有结构简单，制备工艺简单、成本低、反应迅速的优点；由于第一衬底与第二衬底为柔性聚合物材料，因此该电致变色复合材料和电致变色器件还具有柔性好、可弯曲等优点，从而可以应用于智能窗、节能建筑、军事伪装等领域。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1本发明一种电致变色器件实施例一的结构示意图；
图2本发明一种电致变色器件实施例二的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明实施例一提供一种电致变色器件10，其包括第一接电部11，第二接电部12，第一衬底15，第二衬底16，热致变色材料层17，封装材料层18，导电材料层19。所述导电材料层19形成于第一衬底15的外表面上，第一衬底15，第二衬底16，热致变色材料层17，导电材料层19具有相同的长度及宽度，且它们层叠设置，热致变色材料层17的厚度可根据实际需要选择。
所述第一接电部11与第二接电部12间隔设置并固定于导电材料层19的表面，本实施例中第一接电部11与第二接电部12与第一衬底15的外表面均匀分布的导电材料层19电连接，用于将外部电流输入至导电材料层19中。
在本实施例中，所述第一接电部11，第二接电部12可以为棒状、条状、块状或其他二维及三维形状，其截面的形状可以为圆形、方形、梯形、三角形、多边形或其它不规则形状。该第一接电部11，第二接电部12的材料可选择为金、银、铜、铜合金、铂、铂合金、碲、钢、铁、锌、钨、钼、氧化铝、氧化铟锡、氧化锌、导电性聚合物、石墨或其他导电碳材料、其他可用于固体的导电材料等。
优选地，形状为条状，材料为铜。
在本实施例中，所述的第一衬底15与第二衬底16为硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一种或几种的组合但不局限于这些材料，也可以是任何透明且可弯曲的材料。
优选地，为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
在本实施例中，所述一热致变色材料层17，所述热致变色材料可以为有机相变材料或有机相变材料复合材料。
所述有机相变材料，其特征在于：常温下呈不透明状，加热后透明度产生变化，可以为石蜡、脂肪酸类、多元醇类相变材料等。
优选地，为固体石蜡。
所述的有机相变材料复合材料，其特征在于：复合材料是由有机相变材料和基体材料复合而成，所述的基体材料为硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一种或几种的组合但不局限于这些材料，也可以是任何透明且可弯曲的材料。在所述有机相变材料复合材料中，基体的质量百分比含量为1%~99%。
优选地，基体材料为硅橡胶。
在本实施例中，所述封装材料层18的封装材料可为：硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈，光固化胶，热固化胶，非导电性固化胶等中的一种或几种的组合，但不局限于这些材料。
优选地，为硅橡胶。
在本实施例中，所述导电材料层19的导电材料为透明导电材料，所述的透明导电材料可为碳纳米管膜、石墨烯、氧化锌、铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、透明导电聚合物等中的一种或几种的组合且不局限于这些材料，也可以是任何透明导电的材料。
优选地，为氧化铟锡。
在本实施例中，所述第一接电部11，第二接电部12的材料为铜，形状为长条状，宽度为5mm，长度为3cm，间距为4cm；所述第一衬底15与第二衬底16为聚对苯二甲酸乙二醇酯，长度为4cm，宽度为3cm，第一衬底与15与第二衬底16之间的间隙为0.5mm；所述热致变色材料17为熔点是55℃的固体石蜡；所述导电材料层19的导电材料为氧化铟锡，长度为4cm，宽度为3cm。
电致变色器件10中该热致变色材料17的面积和厚度不限，可依据实际需求而定。热致变色材料17厚度一般可为0.1~10mm，且第一衬底15与第二衬底16之间的间隙可以为0.1~10mm.本实施例中，热致变色材料17的厚度为0.5mm，第一衬底15与第二衬底16之间的间隙为0.5mm。
所述电致变色器件10在应用时，将电压通过第一接电部11与第二接电部12施加于该电致变色器件10的导电材料层19的两端，电流可通过上述导电材料层19进行传输。由于导电材料层19电导率高，焦耳热效应使热致变色材料17的温度快速升高，热量从所述电致变色器件10的导电材料层19的周围快速地向整个电致变色器件扩散，即导电材料层19可迅速加热热致变色材料17。由于热致变色材料17中为石蜡，导致该热致变色材料17在常温下呈白色，当热致变色材料17的温度超过石蜡的熔点时，石蜡开始逐渐融化，最终使得热致变色材料17变为无色透明。此外，由于上述导电材料导电性好、热容小，所以该电致变色器件10的热响应速率快。
另外，本实施例中通过导线将电源电压施加于所述电致变色器件10的两端并对所述的电致变色器件的透光率进行测量。
在未通电时，用紫外可见分光光度计测得所述电致变色器件10在可见光平均波长550纳米处的透光率为1.12%；施加一5伏特的电压150s后，测得所述电致变色器件的透光率为78.80%，所述电致变色复合材料的透光率变化为77.58%。
本发明所述的电致变色器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在衬底上均匀沉积导电材料；
该步骤中将所述导电材料均匀沉积于衬底上的方法包括:蒸镀，磁控溅射，纳米喷涂，热熔胶固定等方法的一种或几种联合使用，并不仅局限于上述方法。本实施例采用磁控溅射的方法，在聚对苯二甲酸乙二醇酯上均匀沉积氧化铟锡。
步骤二：将未固化的热致变色材料灌装于第一衬底与第二衬底之间；
该步骤所述热致变色材料用注射器灌装于第一衬底15与第二衬底16之间，热致变色材料可以为全液态热致变色材料或半固态热致变色复合材料。本实施例热致变色材料采用固体石蜡，灌装的厚度为0.5mm。
步骤三：将第一衬底、第二衬底与热致变色材料用封装材料进行封装；
所述封装材料层18的封装材料可为：硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈，光固化胶，热固化胶，非导电性固化胶等中的一种或几种的组合，但不局限于这些材料。本实施例采用硅橡胶对第一衬底，热致变色材料层，第二衬底四周进行封装。本实施例所述封装材料选用硅橡胶，是由二甲基硅氧烷（A组分）与原硅酸四乙酯（B 组分）按A : B 的质量比为100 : 20 的比例组成的。
实施例二：
如图2所示，本发明实施例二提供一种电致变色器件20，其包括第一接电部11，第二接电部12，第一衬底15，第二衬底16，热致变色材料层17，封装材料层18，导电材料层19。所述导电材料层19分别形成于第一衬底15和第二衬底16的外表面上,第一衬底15，第二衬底16，热致变色材料层17，导电材料层19具有相同的长度及宽度，且它们层叠设置，热致变色材料层17的厚度可根据实际需要选择。
导电材料层19均匀分布于第一衬底15和第二衬底16的外表面上，所述第一接电部11与第二接电部12间隔设置并固定于导电材料层19的表面，本实施例中第一接电部11与第二接电部12与导电材料层19电连接，用于将外部电流输入至导电材料层19中。
在本实施例中，所述第一接电部11与第二接电部12可以为棒状、条状、块状或其他二维及三维形状，其截面的形状可以为圆形、方形、梯形、三角形、多边形或其它不规则形状。该第一接电部11与第二接电部12的材料可选择为金、银、铜、铜合金、铂、铂合金、碲、钢、铁、锌、钨、钼、氧化铝、氧化铟锡、氧化锌、导电性聚合物、石墨或其他导电碳材料、其他可用于固体的导电材料等。
优选地，形状为条状，材料为铜。
在本实施例中，所述的第一衬底15与第二衬底16为硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一种或几种的组合但不局限于这些材料，也可以是任何透明且可弯曲的材料。
优选地，为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
在本实施例中，所述一热致变色材料层17，所述热致变色材料可以为有机相变材料或有机相变材料复合材料。
所述有机相变材料，其特征在于：常温下呈不透明状，加热后透明度产生变化，可以为石蜡、脂肪酸类、多元醇类相变材料等。
优选地，为固体石蜡。
所述的有机相变材料复合材料，其特征在于：复合材料是由有机相变材料和基体材料复合而成，所述的基体材料为硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等中的一种或几种的组合但不局限于这些材料，也可以是任何透明且可弯曲的材料。在所述有机相变材料复合材料中，基体的质量百分比含量为1%~99%。
优选地，基体材料为硅橡胶。
在本实施例中，所述封装材料层18的封装材料可为：硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈，光固化胶，热固化胶，非导电性固化胶等中的一种或几种的组合，但不局限于这些材料。
优选地，为硅橡胶。
在本实施例中，所述导电材料层19的导电材料为透明导电材料，所述的透明导电材料可为碳纳米管膜、石墨烯、氧化锌、铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、透明导电聚合物等中的一种或几种的组合且不局限于这些材料，也可以是任何透明导电的材料。
优选地，为氧化铟锡。
在本实施例中，所述第一接电部11与第二接电部12的材料为铜，形状为长条状，宽度为5mm，长度为3cm，间距为4cm；所述第一衬底15与第二衬底16为聚对苯二甲酸乙二醇酯，长度为4cm，宽度为3cm，第一衬底与15与第二衬底16之间的间隙为0.5mm；所述热致变色材料17为熔点是55℃的固体石蜡；所述导电材料层导电材料为氧化铟锡，长度为4cm，宽度为3cm。
电致变色器件20中该热致变色材料17的面积和厚度不限，可依据实际需求而定。热致变色材料17厚度一般可为0.1~10mm，且第一衬底与第二衬底之间的间隙可以为0.1~10mm.本实施例中，热致变色材料17的厚度为0.5mm，第一衬底与第二衬底之间的间隙为0.5mm。
所述电致变色器件20在应用时，将电压通过第一接电部11与第二接电部12施加于该电致变色器件20的导电材料层19的两端，电流可通过上述导电材料层19进行传输。由于导电材料层19的电导率高，焦耳热效应使热致变色材料17的温度快速升高，热量从所述电致变色器件20的导电材料层19的周围快速地向整个电致变色器件扩散，即导电材料层19可迅速加热热致变色材料17。由于热致变色材料17中为石蜡，导致该热致变色材料17在常温下呈白色，当热致变色材料17的温度超过石蜡的熔点时，石蜡开始逐渐融化，最终使得热致变色材料17变为无色透明。此外，由于上述导电材料导电性好、热容小，所以该电致变色器件20的热响应速率快。
另外，本实施例中通过导线将电源电压施加于所述电致变色器件20的两端并对所述的电致变色器件20的透光率进行测量。
在未通电时，用紫外可见分光光度计测得所述电致变色器件20在可见光平均波长550nm处的透光率为1.80%；施加一5V的电压100s后，测得所述电致变色器件的透光率为70.17%，所述电致变色复合材料的透光率变化为68.3%。
本发明所述的电致变色器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在衬底上均匀沉积导电材料；
该步骤中将所述导电材料均匀沉积于衬底上的方法包括:蒸镀，磁控溅射，纳米喷涂，热熔胶固定等方法的一种或几种联合使用，并不仅局限于上述方法。本实施例采用磁控溅射的方法，在聚对苯二甲酸乙二醇酯上均匀沉积氧化铟锡。
步骤二：未固化的将热致变色材料灌装于第一衬底与第二衬底之间；
该步骤所述热致变色材料用注射器灌装于第一衬底15与第二衬底16之间，热致变色材料可以为全液态热致变色材料或半固态热致变色复合材料。本实施例热致变色材料采用固体石蜡，灌装的厚度为0.5mm。
步骤三：将第一衬底、第二衬底与热致变色材料用封装材料进行封装；
所述封装材料层18的封装材料可为：硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈，光固化胶，热固化胶，非导电性固化胶等中的一种或几种的组合，但不局限于这些材料。本实施例采用硅橡胶对第一衬底，热致变色材料层，第二衬底四周进行封装。本实施例所述封装材料选用硅橡胶，是由二甲基硅氧烷（A组分）与原硅酸四乙酯（B 组分）按A : B 的质量比为100 : 20 的比例组成的。
本技术方案实施例二与实施例一所述的电致变色器件具有以下优点:
（1）由于所述电致变色器件中的热致变色材料为石蜡，所以该热致变色材料在通电之后温度会升高，并由白色变为无色，导致电致变色器件由白色变为无色透明。且该电致变色器件中所使用的导电材料，均为电导率高的导电材料，使得该电致变色器件热响应速率快。
（2）由于采用封装设计，对可选择的热致变色材料范围更加宽泛，既可以是固态也可以是液态有机相变材料。
（3）所述电致变色器件都是由柔性材料构成，生物兼容性好，适合应用于智能窗、节能建筑中。
（4）所述电致变色器件的制作方法简单、成本低、适合大规模生产集成等。
本领域技术人员应明白，本发明电致变色器件可根据实际应用制作相应的层数，不仅局限于单层。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种电致变色器件，其特征在于：其包括：
一第一衬底；
一第二衬底，间隔设于第一衬底下方；
一热致变色材料层，位于该第一衬底与该第二衬底之间；
一导电材料层，形成于第一衬底和第二衬底中至少一个衬底的相对于热致变色材料层的外表面上；
一封装材料层，扣设于第一衬底、热致变色材料层、第二衬底的两侧；
一第一接电部，位于导电材料层的一侧；
一第二接电部，位于导电材料层相对于第一接电部的另一侧。
2.根据权利要求1所述一种电致变色器件，其特征在于：所述第一衬底与第二衬底之间的间隙为0.1mm至10mm。
3.根据权利要求1所述一种电致变色器件，其特征在于：所述第一衬底与第二衬底的材料为透明且可弯曲的材料。
4.根据权利要求1所述一种电致变色器件，其特征在于：所述热致变色材料层的材料为有机相变材料或有机相变材料复合材料。
5.根据权利要求4所述一种电致变色器件，其特征在于：所述有机相变材料常温下呈不透明状，加热后透明度产生变化；有机相变材料为石蜡或脂肪酸类或多元醇类相变材料。
6.根据权利要求4所述一种电致变色器件，其特征在于：所述有机相变材料复合材料是由有机相变材料和基体材料复合而成，所述基体的材料为透明且可弯曲的材料。
7.根据权利要求6所述一种电致变色器件，其特征在于：所述基体的质量百分比含量为1%~99%。
8.根据权利要求1所述一种电致变色器件，其特征在于：所述封装材料层的材料为硅橡胶、氟硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨脂、环氧树脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯腈、光固化胶、热固化胶、非导电性固化胶中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1所述一种电致变色器件，其特征在于：所述导电材料层的导电材料为透明导电材料。
10.根据权利要求1所述一种电致变色器件，其特征在于：所述第一接电部与第二接电部之间的间距为10mm-100mm。
11.一种电致变色器件的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在衬底上均匀沉积导电材料；
（2）将未固化的热致变色材料灌装于第一衬底与第二衬底之间；
（3）将第一衬底、第二衬底与热致变色材料用封装材料进行封装。
12.根据权利要求11所述一种电致变色器件的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中衬底上均匀沉积导电材料的采用的方法为蒸镀、磁控溅射、纳米喷涂、热熔胶固定中的一种或几种联合使用。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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