CN106932992A - 一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电致变色技术，涉及一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法。本发明的柔性电致变色器件，其特征在于：它由7层功能层叠加组成。制备的步骤是：制造对电极；制造工作电极；制备凝胶电解质；组装器件。本发明提供了一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法，可动态调控器件在近红外区域的透过率。
Description
技术领域
本发明属于电致变色技术，涉及一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法。
背景技术
电致变色(Electrochromic,EC)材料的特征是在外界电压驱动下，其光学性能具有可逆和持久稳固地改变，外观上表现出颜色的变化。由电致变色材料组成的器件称为电致变色器件。电致变色技术经过几十年的研究发展，电致变色器件已逐渐实现其小规模的应用化，例如，可应用在电致变色窗中，通过改变窗户的颜色，调控太阳光辐射，大幅度降低室内控温设备的能耗，提高能源利用率，是一项节能环保的绿色技术；也可以将其应用在交通工具(汽车，飞机)的透明件中，例如顶窗，舷窗和挡风玻璃中，通过调节透过率，调节光线强弱，为人们提供舒适的环境。
目前，可应用的柔性电致变色器件参见“Development and characterization offlexible electrochromic devices based on polyaniline and poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonic acid)”Li-Ming Huang等著,《Electrochimica Acta》,Volume51,Issue 26,15August 2006,Pages 5858–5863。
其缺点是：透过率调控优势集中在可见区域的某一或某段波长，在红外区域无调控优势。
发明内容
本发明的目的是：提供一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法，以便提高柔性电致变色器件在近红外区域的调控优势。
本发明的技术方案是：一种调控近红外光的柔性电致变色器件，其特征在于：它由7层功能层叠加组成，从上到下第一层为透明柔性基底1、第二层为透明导电层2、第三层为离子存储层3、第四层为凝胶电解质层4、第五层为电致变色层5、第六层为透明导电层2、第七层为柔性基底1；透明柔性基底1由聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃类、聚酰亚胺、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸类其中之一制造；透明导电层2由氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化锡、氧化锌、Al掺杂的ZnO和Ga掺杂的ZnO材料制造；离子存储层3由氧化镍、五氧化二钒、氧化铱、氧化钴、氧化镍钨、氧化铈和普鲁士蓝材料制备；电致变色层5由氧化钨、氧化钼、氧化铌和氧化钛材料制备；第一层透明柔性基底1、第二层透明导电层2和第三层离子存储层3是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层柔性基底1也是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第三层离子存储层3和第五层电致变色层5通过凝胶电解质层粘结为整体。
如上面所述的一种调控近红外光的柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
1、制备对电极：对电极由第一层透明柔性基底1、第二层透明导电层2和第三层离子存储层3组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备对电极；
2、制备工作电极：工作电极由第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层柔性基底1组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备工作电极；
3、制备凝胶电解质：凝胶电解质由聚合物、锂盐或离子液体和增塑剂组成；聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚乙二醇其中之一或几种物质的混合物；锂盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiBr、LiCl、LiI或LiSCN其中之一或几种物质的混合物；离子液体含有季铵阳离子、季鏻阳离子、咪唑阳离子或吡咯阳离子以及卤素阴离子、四氟硼酸根阴离子或六氟磷酸根阴离子；增塑剂为乙醇、二甲基亚砜、异丙醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯或四氢呋喃一种或几种的混合物；
3.1、制备溶液A：将锂盐或离子液体溶解在增塑剂中，形成溶液A，锂盐或离子液体的浓度为0.01mol/l～1mol/l；
3.2、制备溶液B：将聚合物溶解在增塑剂中，形成溶液B，聚合物和增塑剂的质量比为20％～60％；
3.3、制备凝胶电解质：将溶液A与溶液B混合，体积比为0.1～10；放入搅拌器中搅拌12h～36h，形成凝胶电解质；
4、组装器件：采用旋涂、提拉、刮刀法将制备的凝胶电解质平铺在离子存储层3的表面或者电致变色层5的表面上形成凝胶电解质层4，然后将工作电极与对电极对合粘结组装成调控近红外光的柔性电致变色器件。
本发明的优点是：提供了一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法，提高了柔性电致变色器件在近红外区域的调控优势。
附图说明
图1是本发明调控近红外光的柔性电致变色器件的结构示意图。
图2是本发明实施例1中制备的采用PMMA聚合物电解质的玻璃基质电致变色器件在着色和褪色状态下的透过率。
图3是本发明实施例2中制备的柔性固态电致变色器件在着色和褪色状态下的透过率。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种调控近红外光的柔性电致变色器件，其特征在于：它由7层功能层叠加组成，从上到下第一层为透明柔性基底1、第二层为透明导电层2、第三层为离子存储层3、第四层为凝胶电解质层4、第五层为电致变色层5、第六层为透明导电层2、第七层为柔性基底1；透明柔性基底1由聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃类、聚酰亚胺、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸类其中之一制造；透明导电层2由氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化锡、氧化锌、Al掺杂的ZnO和Ga掺杂的ZnO材料制造；离子存储层3由氧化镍、五氧化二钒、氧化铱、氧化钴、氧化镍钨、氧化铈和普鲁士蓝材料制备；电致变色层5由氧化钨、氧化钼、氧化铌和氧化钛材料制备；第一层透明柔性基底1、第二层透明导电层2和第三层离子存储层3是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层柔性基底1也是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第三层离子存储层3和第五层电致变色层5通过凝胶电解质层粘结为整体。
如上面所述的一种调控近红外光的柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
1、制备对电极：对电极由第一层透明柔性基底1、第二层透明导电层2和第三层离子存储层3组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备对电极；
2、制备工作电极：工作电极由第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层柔性基底1组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备工作电极；
3、制备凝胶电解质：凝胶电解质由聚合物、锂盐或离子液体和增塑剂组成；聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚乙二醇其中之一或几种物质的混合物；锂盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiBr、LiCl、LiI或LiSCN其中之一或几种物质的混合物；离子液体含有季铵阳离子、季鏻阳离子、咪唑阳离子或吡咯阳离子以及卤素阴离子、四氟硼酸根阴离子或六氟磷酸根阴离子；增塑剂为乙醇、二甲基亚砜、异丙醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯或四氢呋喃一种或几种的混合物；
3.1、制备溶液A：将锂盐或离子液体溶解在增塑剂中，形成溶液A，锂盐或离子液体的浓度为0.01mol/l～1mol/l；
3.2、制备溶液B：将聚合物溶解在增塑剂中，形成溶液B，聚合物和增塑剂的质量比为20％～60％；
3.3、制备凝胶电解质：将溶液A与溶液B混合，体积比为0.1～10；放入搅拌器中搅拌12h～36h，形成凝胶电解质；
4、组装器件：采用旋涂、提拉、刮刀法将制备的凝胶电解质平铺在离子存储层3的表面或者电致变色层5的表面上形成凝胶电解质层4，然后将工作电极与对电极对合粘结组装成调控近红外光的柔性电致变色器件。
所述的透明导电层2的厚度为10～1000nm；所述的离子存储层3的厚度为100～1000nm；所述的凝胶电解质层4的厚度为500nm～1mm；所述的电致变色层5的厚度为100～1000nm。
实施例1
柔性器件的组成：透明柔性基底为PET,透明导电层为ITO薄膜,离子存储层为PB薄膜，凝胶电解质由PMMA、LiClO4和碳酸丙烯酯组成，电致变色层是WO3薄膜；
柔性器件的制备过程：
制备对电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上制备ITO薄膜,采用电沉积法在ITO薄膜沉积PB薄膜，ITO薄膜厚度为200nm,PB薄膜厚度在100nm左右；
制备工作电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上依次制备ITO薄膜和WO3薄膜，ITO厚度为200nm,WO3薄膜厚度在300nm左右；
制备凝胶电解质：将LiClO4溶解在碳酸丙烯酯中，浓度为0.1mol/l，形成溶液A,将PMMA溶解在碳酸丙烯酯中，PMMA和碳酸丙烯酯的质量比为50％，形成溶液B,将溶液A和溶液B混合，体积比为1：1，加入搅拌器中搅拌15h，形成凝胶电解质；
组装器件：采用刮刀法将凝胶电解质平铺在对电极PB薄膜表面，厚度为250μm，将工作电极与对电极对合粘结组装成柔性电致变色器件。
图2为器件在褪色和着色状态下的透过率，在波长为800nm处着色态的透过率为15％，褪色态的透过率为64.4％，1000nm处着色态的透过率为13.3％，褪色态的透过率为55.7％。在近红外波段区域，器件可动态调控透过光的强弱。
实施例2
柔性器件的组成：透明柔性基底为PET,透明导电层为ITO薄膜,离子存储层为NiO薄膜，凝胶电解质由PMMA、LiClO4和碳酸丙烯酯组成，电致变色层是WO3薄膜；
柔性器件的制备过程：
制备对电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上依次制备ITO薄膜和NiO薄膜，ITO薄膜厚度为200nm,NiO薄膜厚度在500nm左右；
制备工作电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上依次制备ITO薄膜和WO3薄膜，ITO厚度为200nm,WO3薄膜厚度在300nm左右；
制备凝胶电解质：将LiClO4溶解在碳酸丙烯酯中，浓度为0.1mol/l，形成溶液A,将PMMA溶解在碳酸丙烯酯中，PMMA和碳酸丙烯酯的质量比为50％，形成溶液B,将溶液A和溶液B混合，体积比为1：1，加入搅拌器中搅拌15h，形成凝胶电解质；
组装器件：采用刮刀法将凝胶电解质平铺在对电极NiO薄膜表面，厚度为250μm，将工作电极与对电极对合粘结组装成柔性电致变色器件。
图3为器件在电压驱动下，柔性器件在褪色和着色状态下的透过率。在波长为973nm处，着色态的透过率为10％，褪色态的透过率为33.1％，透过器件的光强度发生变化。
Claims (3)
1.一种调控近红外光的柔性电致变色器件，其特征在于：它由7层功能层叠加组成，从上到下第一层为透明柔性基底(1)、第二层为透明导电层(2)、第三层为离子存储层(3)、第四层为凝胶电解质层(4)、第五层为电致变色层(5)、第六层为透明导电层(2)、第七层为柔性基底(1)；透明柔性基底(1)由聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃类、聚酰亚胺、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸类其中之一制造；透明导电层(2)由氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化锡、氧化锌、Al掺杂的ZnO和Ga掺杂的ZnO材料制造；离子存储层(3)由氧化镍、五氧化二钒、氧化铱、氧化钴、氧化镍钨、氧化铈和普鲁士蓝材料制备；电致变色层(5)由氧化钨、氧化钼、氧化铌和氧化钛材料制备；第一层透明柔性基底(1)、第二层透明导电层(2)和第三层离子存储层(3)是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第五层电致变色层(5)、第六层透明导电层(2)和第七层柔性基底(1)也是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第三层离子存储层(3)和第五层电致变色层(5)通过凝胶电解质层粘结为整体。
2.如权利要求1所述的一种调控近红外光的柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
2.1、制备对电极：对电极由第一层透明柔性基底(1)、第二层透明导电层(2)和第三层离子存储层(3)组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备对电极；
2.2、制备工作电极：工作电极由第五层电致变色层(5)、第六层透明导电层(2)和第七层柔性基底(1)组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备工作电极；
2.3、制备凝胶电解质：凝胶电解质由聚合物、锂盐或离子液体和增塑剂组成；聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚乙二醇其中之一或几种物质的混合物；锂盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiBr、LiCl、LiI或LiSCN其中之一或几种物质的混合物；离子液体含有季铵阳离子、季鏻阳离子、咪唑阳离子或吡咯阳离子以及卤素阴离子、四氟硼酸根阴离子或六氟磷酸根阴离子；增塑剂为乙醇、二甲基亚砜、异丙醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯或四氢呋喃一种或几种的混合物；
2.3.1、制备溶液A：将锂盐或离子液体溶解在增塑剂中，形成溶液A，锂盐或离子液体的浓度为0.01mol/l～1mol/l；
2.3.2、制备溶液B：将聚合物溶解在增塑剂中，形成溶液B，聚合物和增塑剂的质量比为20％～60％；
2.3.3、制备凝胶电解质：将溶液A与溶液B混合，体积比为0.1～10；放入搅拌器中搅拌12h～36h，形成凝胶电解质；
2.4、组装器件：采用旋涂、提拉、刮刀法将制备的凝胶电解质平铺在离子存储层(3)的表面或者电致变色层(5)的表面上形成凝胶电解质层(4)，然后将工作电极与对电极对合粘结组装成调控近红外光的柔性电致变色器件。
3.根据权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于：所述的透明导电层(2)的厚度为10nm～1000nm；所述的离子存储层(3)的厚度为100nm～1000nm；所述的凝胶电解质层(4)的厚度为500nm～1mm；所述的电致变色层(5)的厚度为100nm～1000nm。
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