CN107300820B - 可披覆式的电致变色装置及披覆物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可披覆式的电致变色装置及披覆物。本发明的装置包括电源、连接线路、控制器件和多个电致变色片；所述电源通过所述连接线路与所述多个电致变色片连接，用于向所述多个电致变色片供电；所述控制器件与所述电源连接，用于控制电源；所述控制器件还与所述多个电致变色片连接，用于选择性地驱动所述多个电致变色片；所述连接线路的至少一部分形成网格结构，所述多个电致变色片的至少一部分固定在形成所述网格结构的连接线路上。本发明的电致变色装置使用方便，可以实现良好的伪装效果。

Description

可披覆式的电致变色装置及披覆物
技术领域
本发明涉及一种可披覆式的电致变色装置及披覆物，尤其是一种柔性的可披覆式的电致变色装置及披覆物。
背景技术
变色或者隐身是人们长久以来一直期盼的“魔力”。在视觉上，当物体与环境颜色完全一致时呈现出隐身效果。自然界动物的伪装通常采用这种策略。变色或隐身具有诸多实用价值，例如广泛应用于游戏、娱乐和伪装等。
人们开发出多种变色或隐身方法。例如，将身后的环境图像通过特殊方法传到前面显示出来从而实现隐身。又如，采用特殊光学设备使前方的观察者看到身后的图像从而实现隐身。这些方法的效果十分有限，并且装置复杂，无法满足日常需求。
CN105361272A公开了一种颜色可变的太阳能电致变色迷彩伪装服，包括迷彩服衣服主体，所述的迷彩服衣服主体的内部设有单片机，所述的迷彩服衣服主体上涂覆有聚合物导电基底层，所述的聚合物导电基底层上往上依次设置有电解质层、电致变色-太阳能混合涂料层、透明柔性聚酯层；所述的迷彩服衣服主体上设置有可控制迷彩服衣服主体显示的控制开关以及可以根据控制开关的控制情况进而控制电路以影响电致变色层的控制电路，所述的基底导电层、电致变色-太阳能混合涂料层通过控制电路与所述的单片机和控制开关连接。
CN2016141051U公开了一种柔性电致变色纺织纤维，包括电致变色器件以及包覆在所述电致变色器件外周的高分子纤维材料层，所述电致变色器件包括由内向外依次设置或者依次层叠设置的第一柔性基底、第一导电层、电致变色层、电解质层、第二导电层以及第二柔性基底。采用该纤维可以形成纺织品。
在上述现有技术中，采用具有变色效果的纤维或织物制成迷彩服，电致变色层需要放在外层导电织物的外面才能使变色显示出来，因而要求电致变色层很薄。这导致显示的颜色的着色深度有限，在视觉上，所谓迷彩服的伪装效果受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可披覆式的电致变色装置，其使用方便，并且不需要电致变色层很薄，因此，颜色变化对比明显。
本发明的另一个目的在于提供一种披覆物，其可以实现丰富的颜色变化，有良好的伪装效果。
本发明采用如下技术方案实现上述目的。
本发明提供一种可披覆式的电致变色装置，所述装置包括电源、连接线路、控制器件和多个电致变色片；所述电源通过所述连接线路与所述多个电致变色片连接，用于向所述多个电致变色片供电；所述控制器件与所述电源连接，用于控制电源；所述控制器件还与所述多个电致变色片连接，用于选择性地驱动所述多个电致变色片；所述连接线路的至少一部分形成网格结构，所述多个电致变色片的至少一部分固定在形成所述网格结构的连接线路上。
根据本发明的装置，优选地，在所述多个电致变色片中，每个电致变色片的驱动电压不大于3V，变色响应时间为2～300秒；每个电致变色片均包括第一片状电极和第二片状电极；第一片状电极或第二片状电极中的至少一个选自厚度为0.06～3mm、面积为0.5～200cm2、表面电阻小于400Ω、且透光率大于38％的可弯曲电极。
根据本发明的装置，优选地，所述多个电致变色片的数量为至少50个。
根据本发明的装置，优选地，所述可披覆式的电致变色装置还包括非导电材料网络或非导电材料基材，且所述连接线路固定在非导电材料网络或非导电材料基材上；所述连接线路包括直径为0.05～2mm的电线。
根据本发明的装置，优选地，所述非导电材料网络选自尼龙线网或棉线网；所述非导电材料基材选自棉布或塑料薄膜。
根据本发明的装置，优选地，在所述多个电致变色片中，第一片状电极的边缘设置有第一金属导电膜，第二片状电极的边缘设置有第二金属导电膜，第一金属导电膜和第二金属导电膜相互错开或通过绝缘物相互隔离，并且第一金属导电膜和第二金属分别与所述连接线路紧固连接。
根据本发明的装置，优选地，所述多个电致变色片的至少一部分稳定显示三种以上的颜色，并且所述多个电致变色片的至少一部分使用有机电致变色材料或者有机金属化合物的电致变色材料。
根据本发明的装置，优选地，在所述多个电致变色片中，每个电致变色片还包括含有电解质的电致变色层；该电致变色层设置在第一片状电极和第二片状电极之间；第一片状电极和/或第二片状电极为透明的。
本发明还提供一种披覆物，所述的披覆物包括柔性彩色物体和上述任一项电致变色装置，所述的柔性彩色物体与所述电致变色装置叠合在一起，且所述的柔性彩色物体置于所述电致变色装置的下面。
根据本发明的披覆物，优选地，所述披覆物为迷彩服，所述柔性彩色物体选自迷彩布或迷彩薄膜。
本发明采用所述多个电致变色片固定在连接线路形成的网格结构上，可以任意增加或减少电致变色片，可以任意调整电致变色片的类型和形状，从而方便地实现变色或伪装效果。本发明的电致变色片相对于变色纤维或变色织物而言，可以获得较厚的电致变色层，因而颜色的着色深度提高，变色对比明显，伪装效果更好。
附图说明
图1为本发明的一种电致变色装置的结构示意图。
图2为本发明的一种电致变色片的结构示意图。
1-电源；2-控制器件；3-连接线路；4-电致变色片；5-第一片状电极；6-电致变色层；7-第二片状电极。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明中，“可披覆”表示该装置可以对物体表面进行装饰或遮盖。电致变色现象表示材料以及器件的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。
本发明的电致变色片为一种电致变色器件(ECD)。与发光器件(如OLED)不同，ECD不发光、只是改变颜色和透过率，例如从无色变为深蓝色，在深蓝色时，透过率大幅度地减少，这种变化可逆。
<电致变色装置>
本发明的可披覆式的电致变色装置包括电源、连接线路、控制器件和多个电致变色片；所述电源通过所述连接线路与所述多个电致变色片连接，用于向所述多个电致变色片供电；所述控制器件与所述电源连接，用于控制电源；所述控制器件还与所述多个电致变色片连接，用于选择性地驱动所述多个电致变色片；所述连接线路的至少一部分形成网格结构，所述多个电致变色片的至少一部分固定在形成所述网格结构的连接线路上。
在本发明中，所述电源可以为电压为0.5～3V的直流电源，例如可以为干电池或太阳能电池。所述电源也可以用整流器将交流电转换为直流电。
在本发明中，控制器件可以包含电源开关、传感器和控制电子线路。电源开关用于控制电源的导通。控制电子线路可以全部或选择性地驱动电致变色片。例如通过传感器探测周围环境颜色，进而通过电子线路控制电致变色片做相应的颜色变化，从而及时达到伪装效果。该电子线路优选具有接受远程控制信号的功能。这样可以采用远程控制的方式控制电致变色片的颜色变色，进而达到或改变伪装效果。
在本发明的多个电致变色片中，每个电致变色片的驱动电压均不大于3V，变色响应时间2～300秒，甚至小于200秒。每个电致变色片均包括第一片状电极和第二片状电极；第一片状电极或第二片状电极中的至少一个选自厚度为0.06～3mm、表面电阻小于400Ω、且透光率大于38％、面积为0.5～200cm2的可弯曲电极。可弯曲电极的厚度优选为0.08～2mm。可弯曲电极的面积优选为0.5～100cm2，更优选为0.7～10cm2。本发明发现，可弯曲电极的面积的太小，披覆一定面积的物体需要的电致变色片就会很多，导致控制线路设计复杂；若可弯曲电极的面积太大，则电致变色装置的颜色斑点大，需要在较远的距离才能有较好的伪装效果。在本发明中，所述多个电致变色片的数量为至少50个，优选为100～500个。电致变色片的数量取决于被披覆物体的尺寸，但是选择上述数量，有利于改善伪装效果和简化控制电子线路。可弯曲电极的表面电阻优选小于400Ω，更优选小于200Ω，最优选小于20Ω。可弯曲电极的透光率优选大于38％，更优选大于50％，最优选大于60％。这样更有利于改善伪装效果。
在本发明中，所述连接线路包括电线，将电源的正负电极与电致变色片两个电极连接，为器件提供驱动电源。本发明可以采用任何可用于制备电线的材料，例如，铜线、铝线、银线等。所述可披覆式的电致变色装置还可以包括非导电材料网络或非导电材料基材，且所述连接线路固定在非导电的网络或基材上，例如尼龙线、棉线等形成的线网上，或者棉布、塑料薄膜等柔性基材上。这样可以增强连接线路的强度，提高连接线路在使用中抵抗拉扯的能力。根据本发明的一个实施方式，所述连接线路固定在非导电材料网络或非导电材料基材上；所述连接线路包括直径为0.05～2mm的电线，优选直径为0.05～0.5mm。电线过细，强度不够；电线过粗，会增加重量，也影响伪装效果。作为优选，电线的表面可以包覆绝缘层或涂料。根据本发明的一个实施方式，所述非导电材料网络选自尼龙线网或棉线网；所述非导电材料基材选自棉布或塑料薄膜。
在本发明中，所述多个电致变色片的第一片状电极的边缘设置有第一金属导电膜，第二片状电极的边缘设置有第二金属导电膜，第一金属导电膜和第二金属导电膜相互错开或通过绝缘物相互隔离；并且第一金属导电膜和第二金属分别与所述连接线路紧固连接。例如，在第一片状电极、第二片状电极的导电面小于3mm的导电连接区分别设置第一金属导电膜、第二金属导电膜。所谓的“相互错开”表示二者交错安排，相互不接触。绝缘物可以采用本领域已知的那些，这里不再赘述。根据本发明的一个实施方式，第一金属导电膜和第二金属导电膜均与所述连接线路紧固连接。紧固的方式可以为卡位、插入或压合等。
每一个电致变色片都是一个电致变色器件，由两个片状电极(第一片状电极和第二片状电极)和夹在其间的电致变色层构成，其中至少一个片状电极是透明的。在电源开关打开后，在电流作用下，电致变色片产生明显的颜色变化，包括蓝色、紫色、绿色、红色，土黄色、灰色等。当电路的正负极反方向接通时，电致变色片褪色成无色或变为另一种颜色。这种颜色的变化随电流的正负极接通方式而可逆变化，变色过程小于3分钟，变色的驱动电压小于3V，功耗小于1W/m2天。更进一步地，变色片的驱动电压小于1.6V，功耗小于0.2W/m2天。根据本发明的一个实施方式，在所述多个电致变色片中，每个电致变色片均包括第一片状电极、电致变色层和第二片状电极；电致变色层设置在第一片状电极和第二片状电极之间；第一片状电极和/或第二片状电极为透明的。优选地，第一片状电极和第二片状电极均是透明的。在本发明中，片状电极可以为导电薄膜或导电片材，例如不锈钢片、铜片、在一面有导电层的薄膜或片材。导电层可以包括ITO(氧化铟锡)、导电聚合物、纳米银等。作为优选，本发明的片状电极为柔性电极片。本发明的片状电极表面电阻小于500Ω，优选小于200Ω，更优选小于20Ω。第一片状电极和第二片状电极的面积优选为0.5～200cm2，优选为0.5～50cm2，更优选为0.7～10cm2。本发明发现，片状电极的面积的太小，披覆一定面积的物体需要的变色片就会很多，导致控制线路设计复杂；若片状电极的面积太大，则电致变色装置的颜色斑点大，需要在较远的距离才能有较好的伪装效果。
电致变色层可以包括电致变色材料和电解质。电致变色材料可以为金属氧化物，例如氧化钨等；也可以为有机化合物或有机金属化合物，例如紫晶、普鲁士蓝、双三联吡啶过渡金属配合物、聚噻吩、聚苯胺等。这些材料均具有良好的电致变色性能。作为优选，电致变色材料为有机化合物或有机金属化合物。这些有机电致变色材料的颜色变化更鲜艳和丰富，甚至有超过三种可变的颜色，而且变色响应更快。本发明的多个电致变色片的至少一部分可以稳定显示三种以上的颜色，并且所述多个电致变色片的至少一部分使用有机电致变色材料或者有机金属化合物的电致变色材料。电解质是离子导体。电解质可以是液态或凝胶态，优选凝胶态的电解质，例如添加有锂盐、钠盐、铵盐溶液的聚合物凝胶。凝胶态的电解质可以单独为一层，夹在电致变色材料之间，或者与电致变色材料混为一体。
<披覆物>
本发明的披覆物表示具有装饰或遮盖功能的物体，例如可以为服装、功能性纺织物等。优选地，本发明的披覆物为迷彩服。本发明的披覆物包括柔性彩色物体和如上所述的电致变色装置，所述的柔性彩色物体与所述电致变色装置叠合在一起，且所述的柔性彩色物体置于所述电致变色装置的下面。柔性彩色物体具有彩色背景，可以对电致变色装置的颜色和图案做补充，使得颜色更丰富。所谓的彩色背景表示具有绿、蓝、沙黄、褐色、红、黑色以及白色等构成的图案。将彩色背景印制在布、薄膜等基材上形成柔性彩色物体。图案并没有特别的限制，可以是无序的或有规律的，但任何一种颜色都不形成大面积、连续的图案。作为优选，该图案是迷彩图案。根据本发明的一个实施方式，所述披覆物为迷彩服，所述柔性彩色物体选自迷彩布或迷彩薄膜。
在下列实施例中使用的电致变色材料，都有书籍或资料介绍和描述其制备方法，例如R J.Mortimer等主编，Wiley出版社于2015年出版的专著《Electrochromic Materialsand Devices》，本领域的技术人员可以参看，这里不再详细描述其制备过程。
实施例1-电致变色装置及披覆物
图1为本发明的一种可披覆式的电致变色装置。该装置包括电源1、连接线路3、控制器件2和多个电致变色片4。电源1通过连接线路3与多个电致变色片4连接，用于向多个电致变色片4供电；控制器件2与电源1连接，用于控制电源。控制器件2还与多个电致变色片4连接，用于选择性地驱动多个电致变色片4。连接线路3形成网格结构，多个电致变色片4固定在形成网格结构的连接线路3上。
在本实施例中，电致变色片4的数量为100个(图中并未示出全部)。连接线路3固定在非导电材料网络尼龙线网上。连接线路3包括直径为0.5mm的电线。
在本实施例中，每个电致变色片4均包括第一片状电极5、电致变色层6和第二片状电极7；电致变色层6为普鲁士蓝沉积层。普鲁士蓝通过电化学法直接沉积在作为第一片状电极5的金属铜板上。第二片状电极7为透明的，且为镀有ITO的可弯曲PE薄膜，厚度为0.06mm、面积为1cm2、表面电阻为20Ω、透光率为50％，其上涂有一层含有高氯酸锂和碳酸丙烯酯的PMMA凝胶电解质(参见图2)。第二片状电极7的边缘设置有铜导电膜，第一金属导电膜和第二金属导电膜相互错开。第一金属导电膜和第二金属导电膜均与连接线路3紧固连接。接通0.7～1.0V直流电后，电致变色片显蓝色，将正负电极反过来接通后，蓝色消失，器件显示铜板的黄色。
本实施例的披覆物为迷彩服，包括迷彩布和上述电致变色装置，二者叠合在一起。
实施例2-电致变色装置及披覆物
该可披覆式的电致变色装置包括电源1、连接线路3、控制器件2和多个电致变色片4。电源1通过连接线路3与多个电致变色片4连接，用于向多个电致变色片4供电；控制器件2与电源1连接，用于控制电源。控制器件2还与多个电致变色片4连接，用于选择性地驱动多个电致变色片4。连接线路3形成网格结构，多个电致变色片4固定在形成网格结构的连接线路3上。
在本实施例中，电致变色片4的数量为1000个(图中并未示出全部)。连接线路3固定在非导电材料基材棉布上。连接线路3包括直径为0.3mm的电线。
在本实施例中，每个电致变色片4均包括第一片状电极5、电致变色层6和第二片状电极7；电致变色层6设置在第一片状电极5和第二片状电极7之间。第一片状电极5和第二片状电极7均为厚度为0.2mm、面积为16cm2、表面电阻为20Ω、透光率为75％、镀有ITO的透明PET薄膜(参见图2)。第一片状电极5上有电化学法直接沉积的普鲁士蓝电致变色层，第二片状电极7上有取代聚噻吩PEDOT变色层，它们的边缘都设置有铜箔。在第一片状电极5和第二片状电极7之间涂上一层含有高氯酸锂和碳酸丙烯酯的PMMA凝胶电解质，两个电极的接线端用0.1mm的PE膜隔离，再用环氧胶密封后成电致变色片。第一金属导电膜和第二金属导电膜均与连接线路3紧固连接。接通0.9～1.5V直流电后，电致变色片显蓝紫色，将正负电极反过来接通后，蓝色消失，器件显示淡黄色。
本实施例的披覆物包括迷彩薄膜和上述电致变色装置，二者叠合在一起。
实施例3-电致变色装置及披覆物
该可披覆式的电致变色装置包括电源1、连接线路3、控制器件2和多个电致变色片4。电源1通过连接线路3与多个电致变色片4连接，用于向多个电致变色片4供电；控制器件2与电源1连接，用于控制电源。控制器件2还与多个电致变色片4连接，用于选择性地驱动多个电致变色片4。连接线路3形成网格结构，多个电致变色片4固定在形成网格结构的连接线路3上。
在本实施例中，电致变色片4的数量为500个(图中并未示出全部)。连接线路3固定在非导电材料基材塑料薄膜上。连接线路3包括直径为0.05mm的电线。
在本实施例中，每个电致变色片4均包括第一片状电极5、电致变色层6和第二片状电极7；电致变色层6设置在第一片状电极5和第二片状电极7之间。第一片状电极5和第二片状电极7均为透明的，其选自厚度为1mm、面积为49cm2、表面电阻为10Ω、透光率为39％的ITO-PET电极。一半的第一片状电极5上有电化学法直接沉积的普鲁士蓝电致变色层。第二片状电极7上涂有双三联吡啶钴的配合物，两种电极的边缘均设置有铜导电膜。在第一片状电极5和第二片状电极7之间涂上一层含有高氯酸锂和碳酸丙烯酯的PMMA凝胶电解质，第一金属导电膜和第二金属导电膜相互错开，并用0.1mm的PE膜隔离，再用环氧胶密封后制成电致变色片。第一金属导电膜和第二金属导电膜均与连接线路3紧固连接。接通0.9～1.5V直流电后，电致变色片一半褐色，一半显淡黄色，将正负电极反过来接通后，褐色色消失，器件显示橙红色。
本实施例的披覆物包括迷彩薄膜和上述电致变色装置，二者叠合在一起。
本发明并不限于上述实施方式及装置，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (7)

1.一种披覆物，其特征在于，所述的披覆物包括柔性彩色物体和电致变色装置，所述的柔性彩色物体与所述电致变色装置叠合在一起，且所述的柔性彩色物体置于所述电致变色装置的下面；所述电致变色装置包括电源、连接线路、控制器件和多个电致变色片；所述电源通过所述连接线路与所述多个电致变色片连接，用于向所述多个电致变色片供电；所述控制器件与所述电源连接，用于控制电源；所述控制器件还与所述多个电致变色片连接，用于选择性地驱动所述多个电致变色片；所述连接线路的至少一部分形成网格结构，所述多个电致变色片的至少一部分固定在形成所述网格结构的连接线路上；其中，每个电致变色片由第一片状电极、第二片状电极和夹在其间的电致变色层构成；第一片状电极或第二片状电极中的至少一个选自厚度为0.06～3mm、面积为0.5～200cm2、表面电阻小于400Ω、且透光率大于38％的可弯曲电极；第一片状电极和第二片状电极均为透明的；
其中，所述披覆物为迷彩服，所述柔性彩色物体选自迷彩布或迷彩薄膜。
2.根据权利要求1所述的披覆物，其特征在于，在所述多个电致变色片中，每个电致变色片的驱动电压不大于3V，变色响应时间为2～300秒。
3.根据权利要求1所述的披覆物，其特征在于，所述多个电致变色片的数量为至少50个。
4.根据权利要求1所述的披覆物，其特征在于，所述电致变色装置还包括非导电材料网络或非导电材料基材，且所述连接线路固定在非导电材料网络或非导电材料基材上；所述连接线路包括直径为0.05～2mm的电线。
5.根据权利要求4所述的披覆物，其特征在于，所述非导电材料网络选自尼龙线网或棉线网；所述非导电材料基材选自棉布或塑料薄膜。
6.根据权利要求1所述的披覆物，其特征在于，在所述多个电致变色片中，第一片状电极的边缘设置有第一金属导电膜，第二片状电极的边缘设置有第二金属导电膜，第一金属导电膜和第二金属导电膜相互错开或通过绝缘物相互隔离，并且第一金属导电膜和第二金属分别与所述连接线路紧固连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的披覆物，其特征在于，所述多个电致变色片的至少一部分稳定显示三种以上的颜色，并且所述多个电致变色片的至少一部分使用有机电致变色材料或者有机金属化合物的电致变色材料。
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