CN107779190A - 电致变色材料及具有该电致变色材料的防眩后视镜 - Google Patents

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Abstract

一种电致变色材料及具有该电致变色材料的防眩后视镜，该电致变色材料为一紫精化合物，且该紫精化合物的化学结构由下列化学式(1)所表示：其中，所述化学式(1)中的X1与X2皆为一卤素，且A‑为一补偿离子。相较于现有技术所揭示的电致变色材料因材料合成回收率过低而具有高制造成本的缺点，本发明特别修饰了紫精化合物的化学结构，借以开发出因具有高材料合成回收率而显示出低制造成本的优点的一种电致变色材料。此外，不同于现有技术所揭示的电致变色组件，本发明同时提出一种具有电致变色材料的防眩后视镜，且该防眩后视镜在变色后反射率的表现上有着明显优势。

Description

电致变色材料及具有该电致变色材料的防眩后视镜
技术领域
本发明关于电活性材料(electroactive material))的技术领域，尤指应用于防眩后视镜的一种电致变色材料(electrochromic material)。
背景技术
电致变色技术(electrochromism)是指外加电场至一电活性材料，使得该电活性材料(electroactive material)在电场的作用下发生氧化或者还原的可逆反应，造成电活性材料的能阶改变，因而改变该材料的光学性能在可见光波长范围内产生稳定可逆变化。所述光学性能例如：透射率、反射率或吸收率。
电致变色材料(electrochromic material)目前被广泛地应用于智能窗(smartwindow)之中，其能够在不同的电压下产生相应的颜色变化，借此方式控制不同波长可见光的穿透与吸收，达到调节室内照明与温度的目的。另外，电致变色材料也经常被应用在汽车的天窗与反光后照镜。常用的电致变色材料分为：过渡金属氧化物(Transition metaloxides)、插层材料(Intercalated materials)、有机化合物(Organic compounds)、以及导电高分子(conductive polymer)。其中，有机化合物与导电高分子因具有低成本、制造过程简单、高导电度、色彩丰富等优点，因此逐渐成为电致材料的主流应用。
甲基紫精(methyl viologen)、庚基紫精(heptyl viologen)与苯基紫精(phenylviologen)为传统的有机化合物的电致变色材料，其化学结构分别由下化学式(I)、化学式(II)与化学式(III)所表示。
[化学式III]
紫精材料在中性态时为无色，在还原态时则呈现蓝紫色。然而，紫精材料通常对于光线相当敏感，特别是紫外光；因此，传统的紫精材料并不适合应用在汽车后视镜。有鉴于此，中国台湾专利号I265972揭示一种电致变色材料，其化学结构分别由下化学式(IV)所表示。
[化学式IV]
化学式(IV)所表示的化合物的中文全名为：1,1-双(4-甲氧基羰基)苯甲基-4,4’-联吡啶四氟硼酸盐，且其英文全名为:1,1-bis(4-methoxycarbonyl)benzyl-4,4'-bipyridinium tetrafluoroborate。该化合物的制造流程包括以下步骤：
步骤(1’)：将1.7克的4,4’-联吡啶(0.01摩尔)以及5克的甲基(4-溴甲基)苯甲酸酯(0.02摩尔)添加至一第1圆底烧瓶中；
步骤(2’)：加入30毫升的氰甲烷至该第1圆底烧瓶中，并搅拌该第1圆底烧瓶中的溶液；
步骤(3’)：将第1圆底烧瓶中的溶液加热至85℃的一第1反应温度，并维持该反应温度持续5小时；之后，可于第1圆底烧瓶内观察到一半成品生成，产率为60％；其中，该半成品为黄色固体的1,1-双(4-甲氧基羰基)苯甲基-4,4’-联吡啶二溴化物(bipyridiniumdibromide)；
步骤(4’)：将该半成品置入一第2圆底烧瓶中，并加水至该第2圆底烧瓶内以溶解该半成品；以及
步骤(5’)：添加四氟硼酸锂水溶液进入该第2圆底烧瓶中，并将第2圆底烧瓶内的溶液维持在10℃的一第2反应温度；之后，可于第2圆底烧瓶内观察到一成品生成，产率为54％；其中，该成品为白色结晶物的1,1-双(4-甲氧基羰基)苯甲基-4,4’-联吡啶四氟硼酸盐。
并且，具有前述电致变色材料的一汽车后视镜的反射率与变色速度整理于下表(1)之中。
表(1)
项目 结果
变色后反射率 8.5％
变色速度(从65％降至15％) 2s
变色速度(从15％升到65％) 6s
变色后反射率(疝气灯曝照500小时) 9.4％
变色后反射率(DC1.1V循环测试30000次) 9.1％
如同熟悉防眩后视镜生产制作的工程人员所熟知的，中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色材料具有快速着色速度以及显著降低反射率的优点，然而该电致变色材料因为材料合成回收率过低而导致具有高制造成本的最大缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电致变色材料，通过特别修饰紫精化合物的化学结构，来开发出因具有高材料合成回收率而显示出低制造成本的优点的一种电致变色材料。
本发明的目的还在于提供一种防眩后视镜，相较于现有技术所揭示的电致变色组件，该防眩后视镜在变色后反射率的表现上有着明显优势。
为了实现上述目的，本发明提供一种电致变色材料，该电致变色材料为一紫精化合物(viologen compound)，且该紫精化合物的化学结构由下列化学式(1)所表示：
化学式(1)
其中，所述化学式(1)中的X1与X2皆为一卤素，且A-为一补偿离子
进一步的，该补偿离子可为下列任一个：CH3COO-、或(CF3SO2)2N-。
进一步的，该补偿离子为一卤素离子。
为了实现上述目的，本发明还提供一种防眩后视镜，该防眩后视镜包括：
一后视镜主体，该后视镜主体包括：
一第一透光层；
一第一电极层，该第一电极层设置于该第一透光层之上；
一电致变色层，该电致变色层设置于该第一电极层之上，且该电致变色层由一电致变色材料所制成；
一第二电极层，该第二电极层设置于该电致变色层之上；
一第二透光层，该第二透光层设置于该第二电极层之上；以及
一反射膜，该反射膜覆盖该第二透光层；
其中，该电致变色材料为一紫精化合物(viologen compound)，且该紫精化合物的化学结构由下列化学式(1)所表示：
化学式(1)
其中，所述化学式(1)中的X1与X2皆为一卤素，且A-为一补偿离子。
进一步的，该防眩后视镜还包括一框架，用以容置该后视镜主体于其中。
进一步的，该补偿离子为下列任一个：CH3COO-、或(CF3SO2)2N-。
进一步的，该补偿离子为一卤素离子。
进一步的，该第一透光层与该第二透光层的材质可为下列任一个：透明玻璃或透明压克力。
进一步的，该反射膜的材质为下列任一个：铝、银、铜、铬、上述任两者的合金或上述任两者以上的合金。
进一步的，该防眩后视镜还包括一框胶，用以使得具有该第一电极层的该第一透光层以及具有该第二电极层该第二透光层相互堆叠贴合。
进一步的，该框胶为下列任一个：光固化胶、热固化胶或上述两者的混合物。
本发明的有益效果是：(1)相较于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色材料，本发明的发明人特别修饰了紫精化合物的化学结构，借以开发出因具有高材料合成回收率而显示出低制造成本的优点的一种电致变色材料。其中，本发明与中国台湾专利号I265972的数据比较可以通过表(1)、表(2)与表(3)获知。
(2)同时，相较于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色组件，本发明的具有电致变色材料的防眩后视镜1，在变色后反射率的表现上明显优于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色组件。
附图说明
图1为具有电致变色材料的防眩后视镜的立体图；
图2为防眩后视镜的后视镜主体的分解图；
图3为防眩后视镜的后视镜主体的剖视图。
其中，附图标记：
1 防眩后视镜
10 框架
11 后视镜主体
A、B 点
111 第一透光层
112 第一电极层
113 电致变色层
114 第二电极层
115 第二透光层
116 反射膜
110 框胶
117 填充孔
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种电致变色材料及具有该电致变色材料的一种防眩后视镜，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。
首先说明本发明的一种电致变色材料。本发明的电致变色材料为一紫精化合物(viologen compound)，且该紫精化合物的化学结构由下列化学式(1)所表示：
化学式(1)
必须补充说明的是，所述化学式(1)中的A-为一补偿离子，且该补偿离子可以是CH3COO-、或(CF3SO2)2N-；又或者，补偿离子也可以是一卤素离子。另一方面，化学式(1)中的X1与X2皆为一卤素。值得说明的是，X1与X2可以是彼此相同的卤素，也可以是彼此不同的卤素。
实施例
为了证实本发明所提出的电致变色材料的确具有可实施性，以下将举出该电致变色材料的一示范性制造方法。该示范性制造方法包括以下步骤：
步骤(1)：将0.1摩尔的4,4’-联吡啶与0.22摩尔的3-氟溴化苯基添加至一第1圆底烧瓶中；
步骤(2)：加入乙腈至该第1圆底烧瓶中，并搅拌该第1圆底烧瓶中的溶液；
步骤(3)：将第1圆底烧瓶中的溶液加热至85℃的一第1反应温度，并维持该反应温度持续48小时；之后，可于第1圆底烧瓶内观察到一半成品生成，产率为87％；其中，该半成品为黄色固体的1,1-双(3-氟溴化苯基)苯甲基-4,4’-联吡啶二溴化物(bipyridiniumdibromide)；
步骤(4)：备好一六氟磷酸钾水溶液于一第2圆底烧瓶内；
步骤(5)：将该六氟磷酸钾水溶液加热至85℃，然后将该黄色固体加入该第2圆底烧瓶内中；
步骤(6)：将该第2圆底烧瓶内的溶液的温度降温至4℃；之后，可于第2圆底烧瓶内观察到成品生成，产率为85％；其中，该成品为淡黄色固体的1,1-双(3-氟溴化苯基)苯甲基-4,4’-联吡啶二溴化物，英文全名为：1,1-bis(3-fluorobenzyl bromide)benzyl-4,4’-bipyridiniumdibromide。
接着，将获取自步骤(6)的淡黄色固体应用至一汽车后视镜，以获得一防眩后视镜。请参阅图1，为具有电致变色材料的防眩后视镜的立体图。如图1所示，该防眩后视镜1主要包括：一框架10与一后视镜主体11，其中该后视镜主体11由该框架10所容置固定。继续地参阅图1，并请同时参阅图2与图3，分别显示防眩后视镜的后视镜主体的分解图与剖视图。请依据图1中由A点至B点所构成的方向线来观视图2与图3。如图所示，该后视镜主体11包括：一第一透光层111、一第一电极层112、一电致变色层113、一第二电极层114、一第二透光层115、以及一反射膜116。其中，该第一透光层111的材质可为透明玻璃或透明压克力，且该第一电极层112设置于该第一透光层111之上。
接续上述，该电致变色层113设置于该第一电极层112之上，且该电致变色层113由一电致变色材料所制成；特别地，该电致变色材料为一紫精化合物(viologen compound)，且该紫精化合物的化学结构由前述化学式(1)所表示。另外，该第二电极层114设置于该电致变色层113之上。值得说明的是，第二透光层115可为透明玻璃或透明压克力，且其设置于该第二电极层114之上。如熟悉汽车后视镜生产制作的工程师所熟知的，反射膜116通常覆于该第二透光层115的表面，且反射膜116常用的材质包括：铝、银、铜、铬、上述任两者的合金、或上述任两者以上的合金。
在将该第一透光层111、该第一电极层112、该电致变色层113、该第二电极层114、该第二透光层115与该反射膜116组合成后视镜主体11之前，先按照1:1的摩尔比例，将前述步骤(6)所得到的电致变色材料与一吩嗪衍生物加入一碳酸丙烯酯溶剂中，以获得一电致变色材料溶液。值得说明的是，该电致变色材料在该电致变色材料溶液中的浓度介于250毫摩尔/升至4000毫摩尔/升之间。接着，利用一框胶(seal agent)110(如图2所示)，将具有第一电极层112的该第一透光层111以及具有第二电极层114与反射膜116的该第二透光层115堆叠贴合。如此一来，第一透光层111、第一电极层112、电致变色层113、第二电极层114、第二透光层115与反射膜116即被叠合成所述后视镜主体11。
必须补充说明的是，框胶110特别开设有一填充孔117，因此所述电致变色材料溶液通过该填充孔117注入由框胶110所围出的一容置空间内，进以形成介于第一电极层112与第二电极层114之间的该电致变色层113。在本发明中，该框胶110可以是光固化胶、热固化胶或上述两者的混合物；并且，框胶110内特别混合有粒径介于0.1至0.3毫米的多个玻璃球，其中该些玻璃球作为间隙物(spacer)，用以使得所述的容置空间能够在该第一透光层111与该第二透光层115相互贴合之后产生。最后，只要再利用紫外光固化的黏胶封住该填充孔117，即可获得后视镜主体11的成品。进一步地，将后视镜主体11嵌入框架10后，即获得防眩后视镜1的成品，接着便能够接着测试该防眩后视镜1的反射率与变色速度。测试结果整理于下表(2)与表(3)之中。
表(2)
项目 结果
变色前反射率 59.81％
变色前反射率(高温储存，90℃8小时) 59.13％
变色前反射率(低温储存，-40℃8小时) 58.24％
变色前反射率(高温高湿储存，60℃90％) 57.94％
变色前反射率(DC1.2V循环测试60000次) 59.47％
表(3)
项目 结果
变色后反射率 7.13％
变色速度(从55％到10％) 2s
变色速度(从10％到55％) 7s
变色后反射率(高温储存，90℃8小时) 8.90％
变色后反射率(低温储存，-40℃8小时) 9.40％
变色后反射率(高温高湿储存，60℃90％) 9.28％
变色后反射率(DC1.2V循环测试60000次) 9.35％
比较上述表(2)与表(3)，我们可以轻易地发现，由于防眩后视镜1变色后的反射率为7.13％，因此对于汽车驾驶人而言，该防眩后视镜1展现出良好的防眩效能。另一方面，比较本发明背景技术说明之中所载的表(1)与上述表(3)可以发现，本发明的防眩后视镜1的变色后反射率甚至更低于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色组件。
如此，上述已完整且清楚地说明本发明的电致变色材料及具有该电致变色材料的防眩后视镜，经由上述，可以得知本发明具有下列优点：
(1)相较于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色材料，本发明的发明人特别修饰了紫精化合物的化学结构，借以开发出因具有高材料合成回收率而显示出低制造成本的优点的一种电致变色材料。
(2)同时，相较于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色组件，本发明的具有电致变色材料的防眩后视镜1，在变色后反射率的表现上明显优于中国台湾专利号I265972所揭示的电致变色组件。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种电致变色材料，其特征在于，该电致变色材料为一紫精化合物，且该紫精化合物的化学结构由下列化学式(1)所表示：
化学式(1)
其中，所述化学式(1)中的X1与X2皆为一卤素，且A-为一补偿离子。
2.根据权利要求1所述的电致变色材料，其特征在于，该补偿离子为下列任一个：CH3COO-、或(CF3SO2)2N-。
3.根据权利要求1所述的电致变色材料，其特征在于，该补偿离子为一卤素离子。
4.一种防眩后视镜，其特征在于，该防眩后视镜包括：
一后视镜主体，该后视镜主体包括：
一第一透光层；
一第一电极层，该第一电极层设置于该第一透光层之上；
一电致变色层，该电致变色层设置于该第一电极层之上，且该电致变色层由一电致变色材料所制成；
一第二电极层，该第二电极层设置于该电致变色层之上；
一第二透光层，该第二透光层设置于该第二电极层之上；以及
一反射膜，该反射膜覆盖该第二透光层；
其中，该电致变色材料为一紫精化合物，且该紫精化合物的化学结构由下列化学式(1)所表示：
化学式(1)
其中，该化学式(1)中的X1与X2皆为一卤素，且A-为一补偿离子。
5.根据权利要求4所述的防眩后视镜，其特征在于，还包括一框架，用以容置该后视镜主体于其中。
6.根据权利要求4所述的防眩后视镜，其特征在于，该补偿离子为下列任一个：CH3COO-、或(CF3SO2)2N-。
7.根据权利要求4所述的防眩后视镜，其特征在于，该补偿离子为一卤素离子。
8.根据权利要求4所述的防眩后视镜，其特征在于，该第一透光层与该第二透光层的材质为下列任一个：透明玻璃或透明压克力。
9.根据权利要求4所述的防眩后视镜，其特征在于，该反射膜的材质为下列任一个：铝、银、铜、铬、上述任两者的合金或上述任两者以上的合金。
10.根据权利要求4所述的防眩后视镜，其特征在于，还包括一框胶，用以使得具有该第一电极层的该第一透光层以及具有该第二电极层该第二透光层相互堆叠贴合。
11.根据权利要求10所述的防眩后视镜，其特征在于，该框胶为下列任一个：光固化胶、热固化胶或上述两者的混合物。
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