CN108351565B - 含有颜色可调谐纳米结构的电致变色装置 - Google Patents

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Abstract

一种电致变色装置和方法，所述装置包括：第一透明导体层；被设置在所述第一透明导体层上并包括纳米结构的工作电极；反电极；被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在所述反电极上的第二透明导体层。所述纳米结构可以包括被配置为通过随施加到所述装置的电压的变化选择性地调制近红外NIR和可见光辐射的透射率来调谐所述装置的颜色的过渡金属氧化物纳米颗粒和/或纳米晶体。

Description

含有颜色可调谐纳米结构的电致变色装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月26日提交的美国临时申请序列号62/209,952，2015年10月2日提交的美国非临时申请序列号14/873,884以及2016年5月16日提交的美国临时申请序列号62/336,954的优先权，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及电致变色装置，并且更具体地涉及作为施加到电致变色装置中的纳米结构材料的电压的函数选择性调制辐射的透射率。
背景技术
住宅和商业建筑物代表提高美国能源效率和可持续性的主要机会。仅建筑业就占了美国年能源消耗量的40％(总计100个中40千万亿BTU，或“quads”)，占全球能源消耗的8％。照明和热管理每个代表了典型建筑物内使用能源的约30％，这相当于美国年能源消耗量每个约12quads。窗户覆盖美国约2,500平方公里的估计面积，是建筑能效的关键组成部分，因为它们强烈地影响进入建筑物的自然光线量和日照量。通过使用廉价的静电涂层来提高窗户能效，最近取得了进展，这种涂层可以在寒冷气候下保持热量(低发射率膜)或在温暖气候下抑制太阳能热量增加(近红外抑制膜)。
目前，静态窗户涂层可以相对低的成本制造。然而，这些窗户涂层是静态的，并且不非常适合于具有不同气候的地点。电致变色(EC)窗户涂层通过增强所有气候下的窗户性能来克服这些限制。EC窗户涂层在施加的电势驱动时经历光学性质的可逆变化。传统的EC材料(例如WO3、Nb2O5和NiO)主要调制可见光谱区域中的辐射，而近红外(NIR)光谱区域中的辐射保持不变或者与光的可见区域同时切换。此外，因为重复暴露于紫外线(UV)光谱区域中的辐射，所以电致变色材料的性能可能由于使用随时间而降低。
发明内容
本公开的示例性实施例涉及一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在第一透明导体层上且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于纳米结构的总重量的至少40重量％，例如约40至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％或更少，例如约60至约5重量％的氧化钨纳米颗粒，例如具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒或者未掺杂的缺氧的氧化钨纳米颗粒。例如，工作电极可包括基于纳米结构的总重量的约40至约80重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约60至约20重量％的具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒，或约85至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约5至约15重量％的未掺杂的缺氧的氧化钨纳米颗粒；反电极；被设置在反电极与工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在反电极上的第二透明导体层。
本公开的示例性实施例涉及一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在第一透明导体层上并且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构被配置使得电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；反电极；被设置在反电极与工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在反电极上的第二透明导体层，其中第一颜色和第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。Lab颜色坐标是指CIELAB颜色空间中的坐标。
本公开的示例性实施例涉及一种操作电致变色装置的方法，其包含：在明亮模式下操作装置，使得装置透射第一颜色的光；以及在第二模式下操作装置，使得装置透射第二颜色的光，其中第一颜色和第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。
附图说明
图1A至1C是根据各种实施例的电致变色装置的示意图。
图2是根据各种实施例或本公开的可经调谐以产生特定颜色的电致变色装置的示意图。
图3A包括电致变色装置的照片，所述电致变色装置包括具有各种量的NbOx纳米颗粒和相应量的CsW2O6纳米晶体的工作电极。
图3B是显示透过图3A的相应电致变色装置的光的色谱的图。
图4A和4B是根据各种实施例的在明亮模式和黑暗模式下的所制造的电致变色装置180A的照片。
图4C是说明图4A和4B的电致变色装置的明亮模式和黑暗模式透射率的图。
图5A和5B分别是根据本公开的各种实施例的在明亮模式和黑暗模式下的电致变色装置的照片。
图5C是说明图5A和5B的电致变色装置的明亮模式、过渡模式和黑暗模式透射率的图。
图6A和6B是分别显示根据本公开的各种实施例的对应于具有中性灰色的电致变色装置的透射靶颜色坐标框和室外反射颜色坐标框的Lab颜色坐标图。
具体实施方式
本发明在下文中参考附图更全面地描述，其中显示了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例以使本公开透彻，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可能被放大。附图中相同的参考标记表示相同的元件。
应该理解到，当一个元件或层被指出设置在另一个元件或层“上”或“连接到”另一个元件或层时，其可以直接位于另一个元件或层上或直接连接到另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当一个元件被指出“直接地在另一个元件或层上”或“直接地连接到”另一个元件或层时，不存在中间元件或层。将理解到，出于本公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个”可以被解释为仅X、仅Y、仅Z、或者两个或更多个项目X、Y和Z的任何组合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。
本文公开的各种实施例提供了能够选择性地调制近红外(NIR)和可见光谱区域中的辐射的电致变色纳米结构材料。该材料可以包括具有类型AxMzOy的三元化合物的纳米结构的掺杂的过渡金属氧化物。在各种实施例中，AxMzOy化合物如果假设z＝1，则0.08≤x≤0.5(优选地0.25≤x≤0.35)，以及2≤y≤3。在各种实施例中，因为纳米结构作为深度的函数可能是不均匀的，所以x可以表示平均掺杂含量。为了操作，可将主题材料制造成将在由施加电压驱动后改变光学性质的电极。
为了改进EC窗户涂层的性能，可期望NIR和可见光谱辐射的选择性调制以及避免UV辐射的降解效应。各种实施例可提供能够选择性地调制NIR和可见光谱区域的单组分电致变色纳米结构材料。此外，因为某些光谱区域可能会损坏电致变色纳米结构材料，所以各种实施例可以包含至少一种保护材料和/或保护层以防止这种损坏。
各种实施例提供了使用被制造成电极以形成电致变色装置的电致变色纳米结构材料来增强窗户的光学变化的装置和方法。在各种实施例中，当由施加电势驱动时，材料可以经历光学性质的可逆变化。基于所施加的电势，电致变色纳米结构材料可以调制NIR辐射(约780至2500nm的波长)以及可见辐射(约400至780nm的波长)。在一个实例中，装置可以包括调制NIR光谱区域的一部分中和可见光谱区域中的辐射的第一纳米结构材料以及调制NIR光谱区域的重叠部分中的辐射的第二纳米结构材料，使得由装置整体上调制的NIR辐射相对于仅第一纳米结构材料而言增强和扩展。在各种实施例中，基于所施加的电势，材料可以多种选择模式操作。
此外，各种实施例可以包括至少一种保护材料以防止或减少可能由于重复暴露于UV光谱区中的辐射而导致的电致变色纳米结构材料的损坏。在一个实例中，可以使用保护材料以在装置中形成至少一个阻挡层，该阻挡层被定位以阻止UV辐射到达第一纳米结构材料和电解质。在另一个实例中，保护材料可用以形成一种层，该层经定位以阻止由于纳米结构电极材料吸收UV辐射而在电解质中产生的自由电子或空穴电荷载流子迁移到该材料，同时允许传导来自电解质的离子(即电子阻挡层和离子导体)。
在各种实施例中，用于调制特定光谱区域中的辐射的吸收/透射的单独操作模式的控制可以在不同的施加偏压下发生。这种控制可以为用户提供实现建筑物和其它封闭体(例如车辆等)内的热管理的能力，同时在需要时仍然提供遮蔽。
图1A至1C说明实施例电致变色装置。应该注意的是，这样的电致变色装置可以从图1A至1C所示的取向倒置或侧向取向。此外，图1A至1C中的装置的层的厚度和/或部件的尺寸未按比例绘制或者实际上彼此成比例，而是示意显示。
在图1A中，实施例电致变色装置100可以包括第一透明导体层102a，工作电极104，固态电解质106，反电极108和第二透明导体层102b。一些实施例电致变色装置还可以包括分别位于第一透明导体层102a前面和/或位于第二透明导体层102b后面的一个或多个光学透明支撑层110a，110b。支撑层110a，110b可以由例如玻璃或塑料的透明材料形成。
第一和第二透明导体层102a，102b可以由使用无机和/或有机材料制造的透明导电膜形成。例如，透明导体层102a，102b可以包括例如氧化铟锡(ITO)或氟掺杂的氧化锡(FTO)的透明导电氧化物(TCO)材料的无机膜。在其它实例中，透明导体层102a，102b中的有机膜可以包括石墨烯和/或各种聚合物。
在各种实施例中，仅出于说明目的，工作电极104可以包括掺杂的过渡金属氧化物青铜的纳米结构112，和任选地示意为圆和六方的透明导电氧化物(TCO)组合物的纳米结构113。如上所讨论的，装置100的层的厚度(包括纳米结构的形状、尺寸和比例)并未按比例绘制或实际上彼此成比例，而是出于清楚起见来表示。在各种实施例中，纳米结构112，113可嵌入光学透明基质材料中或以暴露于电解质的纳米结构的填充或松散层提供。
在各种实施例中，纳米结构112的掺杂的过渡金属氧化物青铜可以是类型AxMzOy的三元组合物，其中M表示至少一种过渡金属氧化物中的过渡金属离子物质，并且A表示至少一种掺杂剂。可用于各种实施例中的过渡金属氧化物包括但不限于可还原并具有多种氧化态的任何过渡金属氧化物，例如氧化铌、氧化钨、氧化钼、氧化钒、氧化钛和其两种或更多种的混合物。在一个实例中，纳米结构的过渡金属氧化物青铜可以包括多个氧化钨(WO3-x)纳米颗粒，其中0≤x≤0.33，例如0≤x≤0.1。
在各种实施例中，至少一种掺杂剂物质可以是第一掺杂剂物质，其在施加特定的第一电压范围时引起第一光学响应。所施加的电压可以是例如负偏置电压。具体而言，第一掺杂剂物质可通过产生大量离域电子载流子而对过渡金属氧化物引起表面等离子体激元共振效应。这种表面等离子体激元共振可以引起约780至2000nm波长处的NIR辐射的吸收，并且在约1200nm处具有峰值吸收。在各种实施例中，可以基于其它因素(例如，纳米结构形状、尺寸等)来改变/调整不同波长下的特定吸光度，下文将进一步详细讨论。在各种实施例中，第一掺杂剂物质可以是选自由铯、铷和镧系元素(例如铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥)组成的群组中的一种离子物质。
在各种实施例中，掺杂剂可以包括基于施加不同的第二特定范围内的电压而引起第二光学响应的第二掺杂剂物质。所施加的电压可以是例如负偏置电压。在一个实施例中，因为施加的电压，所以第二掺杂剂物质可以在固态电解质106与工作电极104的纳米结构的过渡金属氧化物青铜之间迁移。具体而言，施加特定范围内的电压可导致第二掺杂剂物质嵌入和脱出过渡金属氧化物结构。以这种方式，第二掺杂剂可引起过渡金属氧化物的氧化态的变化，这可引起极化子效应和过渡金属氧化物的晶格结构的偏移。这种偏移可导致可见光辐射的吸收，例如，在约400至780nm的波长下。
在各种实施例中，第二掺杂剂物质可以是选自由镧系元素(例如，铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥)、碱金属(例如，锂、钠、钾、铷和铯)和碱土金属(例如，铍、镁、钙、锶和钡)组成的群组中的嵌入离子物质。在其它实施例中，第二掺杂剂物质可以包括带电质子物质。
在各种实施例中，纳米结构113可以任选地与工作电极104中的掺杂的过渡金属氧化物青铜纳米结构112混合。在各种实施例中，纳米结构113可以包括至少一种TCO组合物，其防止UV辐射达到电解质并产生电子。在一个示例实施例中，纳米结构113可以包括氧化铟锡(ITO)组合物，其可以是约60至95重量％(例如，85至90重量％)的氧化铟(III)(In2O3)和约5至40重量％(例如，10至15重量％)的氧化锡(IV)(SnO2)的固体溶液。在另一个示例实施例中，纳米结构113可以包括铝掺杂的氧化锌(AZO)组合物，其可以是约99重量％的氧化锌(ZnO)和约2重量％的氧化铝(III)(Al2O3)的固体溶液。可用于形成各种实施例中的纳米结构113的额外或替换的TCO组合物包括但不限于氧化铟、氧化锌和其它掺杂的氧化锌，例如镓掺杂的氧化锌和铟掺杂的氧化锌。
纳米结构113的TCO组合物对于可见光可以是透明的，并且在施加第一电压时，可以在约1200至2500nm的波长下调制NIR辐射的吸收，其中峰值吸收在约2000nm处(例如，在比青铜纳米颗粒112更长的峰值波长下，但是具有重叠的吸收带)。特别地，第一电压的施加可以引起自由电子电荷载流子的增加，并且因此在纳米结构113的至少一种TCO组合物中引起表面等离子体激元共振效应。在其中TCO组合物是ITO的实施例中，表面等离子体激元共振效应可能是由锡离子(Sn4+)置换铟离子(In3+)而产生的自由电子振荡引起的。类似于过渡金属氧化物青铜，这样的表面等离子体激元共振可以引起TCO材料的吸收性质的变化。在一些实施例中，吸收性质的变化可以是在与纳米结构112的波长重叠的波长处的NIR辐射的吸收率的增加。因此，将TCO组合物纳米结构113添加到工作电极104中可用于扩大与单独的纳米结构112(例如，在约780至2000nm的波长下)相比，吸收的NIR辐射范围(例如，在约780至2500nm的波长下)，并且增强一些NIR辐射的吸收(例如，在约1200至2000nm的波长下)。
基于这些光学效应，工作电极的纳米结构112和任选的纳米结构113可以通过以至少三种不同模式操作作为施加电压的函数逐渐调制NIR和可见辐射的透射率。例如，第一模式可以是高太阳能透明(“明亮”)模式，其中工作电极104对于NIR辐射和可见光辐射是透明的。第二模式可以是选择性IR阻挡(“冷却”)模式，其中工作电极104对于可见光辐射是透明的但吸收NIR辐射。第三模式可以是可见光阻挡(“黑暗”)模式，其中工作电极104吸收可见光谱区域和NIR光谱区域的至少一部分中的辐射。在一个实例中，施加具有负偏压的第一电压可以使电致变色装置在冷却模式下操作，从而阻止在约780至2500nm波长处的NIR辐射的透射。在另一个实例中，施加具有比第一电压更高的绝对值的第二负偏压可以使电致变色装置在黑暗状态下操作，阻挡可见光辐射(例如，在约400至780nm的波长下)和在约780至1200nm的波长下的NIR辐射的透射。在另一个实例中，施加具有正偏压的第三电压可以使电致变色装置在明亮状态下操作，从而允许在可见光和NIR光谱区域中的辐射的透射。在各种实施例中，所施加的电压可以在-5V与5V之间，优选地在-2V与2V之间。例如，第一电压可以是-0.25V至-0.75V，并且第二电压可以是-1V至-2V。在另一个实例中，电致变色装置在800至1500nm波长处的辐射吸收率可以比其在450至600nm波长处的辐射吸收率大至少50％。
可替代地，工作电极的纳米结构112和任选的纳米结构113可以通过以两种不同模式操作作为施加电压的函数来调制NIR和可见光辐射的透射。例如，第一模式可以是高太阳能透明(“明亮”)模式，其中工作电极104对于NIR辐射和可见光辐射是透明的。第二模式可以是可见光阻挡(“黑暗”)模式，其中工作电极104吸收可见光谱区域和NIR光谱区域的至少一部分中的辐射。在一个实例中，施加具有负偏压的第一电压可以使电致变色装置以黑暗模式操作，从而阻止在约780至2500nm的波长处的可见光辐射和NIR辐射的透射。在另一个实例中，施加具有正偏压的第二电压可以使电致变色装置以明亮模式操作，从而允许在可见光和NIR光谱区域中的辐射的透射。在各种实施例中，施加的电压可以在-2V与2V之间。例如，第一电压可以是-2V，并且第二电压可以是2V。
在各种实施例中，固态电解质106可以包括至少一种聚合物材料和增塑剂材料，使得电解质可渗入过渡金属氧化物青铜纳米颗粒112(和/或纳米颗粒113，如果存在的话)之间的缝隙中。文中关于电解质106使用的术语“固态”是指聚合物凝胶和/或任何其它非液体材料。在一些实施例中，固态电解质106可进一步包括含有例如选自由镧系元素(例如，铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥)、碱金属(例如，锂、钠、钾、铷和铯)和碱土金属(例如，铍、镁、钙、锶和钡)组成的群组中的离子物质的盐。在一个示例实施例中，固态电解质106中的这种盐可以含有锂离子和/或钠离子。在一些实施例中，固态电解质106可以最初含有溶剂，例如丁醇，一旦组装电致变色装置，其可以被蒸发掉。在一些实施例中，固态电解质106可以是约40至60重量％的增塑剂材料，优选地约50至55重量％的增塑剂材料。在一个实施例中，增塑剂材料可以包括四甘醇二甲醚和烷基氢过氧化物中的至少一种。在一个实施例中，固态电解质106的聚合物材料可以是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，并且盐可以是双(三氟甲烷)锂。在其它实施例中，固态电解质106可以包括氧氮化磷锂(LiPON)和五氧化二钽(Ta2O5)中的至少一种。
在一些实施例中，电解质106可以包括牺牲氧化还原剂(SRA)。合适的SRA类可以包括但不限于醇、氮杂环化合物、烯烃和官能化的氢化苯。合适的SRA的具体实例可以包括苄醇、4-甲基苄醇、4-甲氧基苄醇、二甲基苄醇(3,5-二甲基苄醇、2,4-二甲基苄醇等)、其它取代的苄醇、二氢吲哚、1,2,3,4-四氢咔唑、N,N-二甲基苯胺、2,5-二氢茴香醚等。在各种实施例中，SRA分子可以形成不需要惰性环境以维持电荷的空气稳定层。
可以是电解质106的一部分的聚合物可以包括但不限于聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯醇缩丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(PVB)、聚(环氧乙烷)(PEO)、氟化共聚物(例如聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯))、聚(丙烯腈)(PAN)、聚(乙烯醇)(PVA)等。可以是聚合物电解质调配物的一部分的增塑剂包括但不限于甘醇二甲醚(四甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚等)、碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺、1-丁基-1-甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺等)、N,N-二甲基乙酰胺及其混合物。
在一些实施例中，电解质106可以包括按重量计10至30％的聚合物，40至80％的增塑剂，5至25％的锂盐和0.5至10％的SRA。
各种实施例的反电极108应该能够存储足够的电荷以充分平衡在工作电极104中引起纳米结构的过渡金属氧化物青铜的可见着色所需的电荷。在各种实施例中，反电极108可以形成为常规的单组分膜、纳米结构膜或纳米复合材料层。
在一些实施例中，反电极108可以由在施加的偏压期间对于可见光辐射和NIR辐射在光学上都是透明的至少一种无源材料形成。这种无源反电极材料的实例可以包括CeO2、CeVO2、TiO2、氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、锰或锑掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌、氧化锌、氧化镓锌、氧化铟镓锌、钼掺杂的氧化铟、Fe2O3和/或V2O5。在其它实施例中，反电极108可以由至少一种互补材料形成，该互补材料对于NIR辐射可以是透明的，但是可以响应于偏压施加而被氧化，从而引起可见光辐射的吸收。这种互补的反电极材料的实例可以包括Cr2O3、MnO2、FeO2、CoO2、NiO2、RhO2或IrO2。反电极材料可以包括上述一种或多种无源材料和/或一种或多种补充材料的混合物。
不受任何具体理论的束缚，据信在各种实施例中施加第一电压可以使得过渡金属氧化物青铜的晶体结构中的缝隙掺杂物物质(例如，铯)具有更大量的自由载流子电子和/或导致缝隙掺杂物物质(例如，来自电解质的锂离子)在纳米结构112的表面上执行非法拉第电容或准电容电荷转移，这可能导致表面等离子体激元共振效应以增加NIR辐射的吸收。以这种方式，在施加第一电压时，过渡金属氧化物青铜特征的吸收特性可以改变(即，提高NIR辐射的吸收)。此外，在各种实施例中施加具有比第一电压更高的绝对值的第二电压可以引起嵌入掺杂物物质(例如，锂离子)从电解质到过渡金属氧化物纳米结构中的法拉第嵌入。据信这种掺杂剂物质的相互作用在晶格中提供了缝隙掺杂剂原子，这产生了极化子效应。以这种方式，过渡金属氧化物纳米颗粒的晶格结构可以经历极化子型偏移，从而改变其吸收特性(即，偏移到可见光辐射)以阻挡可见光和近红外辐射两者。
在一些实施例中，响应于某些光谱区域(例如UV)(例如，在约10至400nm的波长处)的辐射可能导致在固态电解质106的聚合物材料中产生激子。UV辐射也可以激发掺杂的过渡金属氧化物青铜中的电子移动到导带中，在价带中留下空穴。聚合物材料中产生的激子可以解离成自由载流子，其电子可以被吸引到纳米颗粒112的掺杂的过渡金属氧化物青铜(例如，铯掺杂的三氧化钨(CsxWO3))中的价带中的空穴中。由于这种自由电子电荷载流子对各种过渡金属氧化物青铜的电化学还原可能降低它们的性能(即，来自过渡金属氧化物青铜的不希望的着色)，所以除了或代替混合到工作电极中的纳米结构113，实施例装置可以包括一层或多层保护材料以防止UV辐射到达固态电解质106。
图1B说明了解决掺杂的过渡金属氧化物青铜纳米结构112的降解的实施例电致变色装置150。类似于图1A所示的装置100，装置150可以包括第一透明导体层102a、工作电极104、固态电解质106、反电极108、第二透明导体层102b以及一个或多个光学透明支撑层110。另外，装置150可以包括由吸收UV辐射的材料制成的一个或多个保护层116a，116b。在一个示例实施例中，装置150可以包括被设置在第一支撑层110a与第一透明导体层102a之间的第一保护层116a。装置可以任选地包括被设置在第二支撑层110b与第二透明导体层102b之间的第二保护层116b。可替代地，UV保护层116a可以被设置在第一支撑层110a的外表面上，或者可以被设置在第一透明导体102a与工作电极104之间。换句话说，第一和/或第二UV保护层116a，116b可以被设置在电致变色装置150的任何层之间，从而基本上防止UV光到达工作电极104。
各种实施例的一个或多个保护层116a，116b的UV辐射吸收材料可以是多种阻挡膜中的任一种。例如，一个或多个保护层116a可以是至少一种TCO材料的薄膜，其可以包括与纳米结构113中的TCO组合物相同或不同的材料。在一个示例实施例中，装置150的保护层116a可以是ITO薄膜，并且因此能够通过带间吸收(即吸收UV光子提供足够能量以激发电子从价带到导带)吸收UV辐射。在另一个示例实施例中，装置可以包括由ITO制成的TCO纳米结构113以及由ITO薄膜组成的保护层116a。可替代地，TCO纳米结构113可以形成被设置在过渡金属氧化物青铜纳米颗粒112与透明导体102a之间的单独的薄膜层116b。在一些实施例中，保护层116a，116b的UV辐射吸收材料可以包括有机或无机层压材料。
在另一个实施例中，至少一个UV保护层(例如图1B中的保护层116a)可以是由高折射率透明金属氧化物制成的UV辐射反射器。因为鸟类可以看到UV范围内的辐射，所以可以在定位为外窗的实施例中实施UV反射器以防止鸟撞击窗户。在一些其它实施例中，可以将吸收UV辐射的有机分子和/或吸收UV辐射的无机纳米颗粒(例如氧化锌、氧化铟、ITO等)并入电解质106材料内。
图1C说明了另一个实施例电致变色装置170，其通过控制暴露于UV辐射的电解质中产生的电子电荷载流子的效应来解决掺杂的过渡金属氧化物青铜纳米结构112的降解。类似于上面关于图1A和1B分别讨论的装置100和150，装置170可以包括第一透明导体层102a、工作电极104、固态电解质106、反电极108、第二透明导体层102b和一个或多个光学透明支撑层110。另外，装置170可以包括位于工作电极104与电解质106之间的保护层118。保护层118可以由一种或多种离子导电和电绝缘材料组成。
如上所述，不受任何特定理论的束缚，据信电解质106与工作电极104之间的嵌入离子的迁移负责至少一些装置调制光谱吸收的能力。因此，为了保持装置的可操作性，用于形成保护层118的电绝缘材料也应该是离子导电的。也就是说，保护层118的材料可以防止或减少固态电解质层106中的自由电子还原纳米颗粒112的过渡氧化物青铜，同时允许嵌入掺杂剂物质(例如，Na、Li等)的离子在电解质106与工作电极104之间扩散。在一个示例实施例中，构成保护层118的电绝缘材料可以是氧化钽，例如五氧化二钽(Ta2O5)，其阻止电子从电解质迁移同时允许嵌入掺杂剂物质离子(例如，锂离子)从电解质106中扩散。以此方式，除了或代替阻挡其吸收，过渡金属氧化物青铜的降解通过控制所吸收的UV辐射的效应来减少或防止。除了或代替五氧化二钽的可用于形成保护层118的其它示例材料可包括但不限于钛酸锶(SrTiO3)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铟、氧化锌、碳化钽、氧化铌以及具有与五氧化二钽相似的电和/或结晶特性的各种其它电介质陶瓷。
在一个替代实施例中，代替或除了保护层118，纳米结构112可各自被封装在含有电绝缘和离子导电材料的外壳中，所述材料可以与保护层118材料相同或不同(例如氧化钽、钛酸锶、氧化锌、氧化铟、氧化锆、碳化钽或氧化铌)。
在一个示例实施例中，每个纳米结构112可以具有由五氧化二钽外壳包围的立方或六方晶胞晶格结构钨青铜的核心。
在一些实施例中，电解质106可以包括聚合物，该聚合物减少了由于UV辐射而对装置造成的损坏。聚合物可以是在吸收UV辐射时稳定(例如，不产生质子/电子对)的多种聚合物中的任一种。这种聚合物的实例可以包括但不限于不含羟基(-OH)基团的氟化聚合物(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF))。
在另一个实施例中，可以将正偏压施加到反电极108以将产生UV辐射的电子从电解质106吸引到反电极108，以便减少或防止来自电解质106的电子移动到工作电极104从而避免工作电极104中掺杂的过渡金属氧化物青铜的自由电子引起的着色。
在另一个实施例中，装置可以包括以下中的多于一种，例如任两种、任三种或全部四种：(i)电绝缘材料的保护层(例如，保护层118或包围青铜纳米颗粒的保护材料外壳)，(ii)一个或多个UV辐射吸收材料的保护层(例如图1B中的保护层116a和/或116b和/或并入电解质106材料中的吸收UV辐射的有机分子和/或吸收UV辐射的无机纳米颗粒)，(iii)在吸收UV辐射时稳定的电解质聚合物，和/或(iv)向反电极108施加正偏压。在各种实施例中，纳米结构113可以包括在电致变色装置150，170中或从电致变色装置150，170中省略。
在另一个实施例中，保护层116a和/或116b可以包括金属氧化物层的堆叠。可替代地，堆叠可以包括代替或除了层116a和/或116b提供的单独组件。堆叠可以改善电致变色装置的反射颜色。现有技术装置在反射观察时通常具有微红/偏紫色。堆叠可以包含在玻璃与透明导电氧化物层之间的折射率匹配层，以避免偏红/偏紫的反射颜色。如上所述，折射率匹配层可以用作UV吸收剂或者除了另一种UV吸收剂来使用。堆叠可以包含在氧化铟基层(例如氧化铟或ITO)下方的氧化锌基层(例如，ZnO或AZO)。
与纳米复合电致变色膜相比，各种实施例可涉及通过在工作电极中利用单一纳米结构的材料以在NIR和可见光区域中实现期望的光谱吸收控制，并且利用另一种纳米结构材料以增强和扩展在NIR区域中的该控制的类似生产。此外，各种实施例可以提供保护材料的一个或多个附加层以最小化单个纳米结构材料的降解。
在一些实施例中，工作电极和/或反电极可以另外包括至少一种材料，例如无定形纳米结构材料，其增强可见光区域的较低波长范围内的光谱吸收。在一些实施例中，至少一种无定形纳米结构材料可以是至少一种纳米结构无定形过渡金属氧化物。
特别地，无定形纳米结构材料可以为由于掺杂的过渡金属氧化物青铜的光谱吸收中的极化子型偏移而可发生的可见光吸收提供颜色平衡。如上所讨论，在施加具有较高绝对值的第二电压时，过渡金属氧化物青铜可以阻挡(即吸收)可见光范围内的辐射。在各种实施例中，吸收的可见光辐射可以具有可见光波长较高范围(例如，500至700nm)中的波长，这可以使得变暗层呈现对应于未吸收的可见光波长较低范围(例如，约400至500nm)的蓝/紫色。在各种实施例中，在施加第二电压时，至少一种纳米结构的无定形过渡金属氧化物可以吸收可见光波长较低范围(例如，400至500nm)中的互补可见光辐射，由此在施加第二电压时在可见光谱上提供更均匀和完全的变暗。也就是说，使用无定形纳米结构材料可导致变暗层显现黑色。
在一些实施例中，除了掺杂的过渡金属氧化物青铜纳米结构112和任选的TCO纳米结构113外，至少一种纳米结构的无定形过渡金属氧化物可以包括在工作电极104中。工作电极104中这种材料的实例可以是但不限于纳米结构的无定形氧化铌，例如一氧化铌(II)(NbO)或其它氧化铌材料(例如NbOx)。在一些实施例中，反电极108可以包括至少一种纳米结构的无定形过渡金属氧化物作为补充材料。也就是说，除了光学无源材料外，反电极108可以包括用于对工作电极中吸收的可见辐射(即，通过过渡金属氧化物青铜)进行颜色平衡(即补充)的至少一种材料。反电极108中该材料的实例可以是但不限于纳米结构的无定形氧化镍，例如氧化镍(II)(NiO)或其它氧化镍材料(例如，NiOx)。
在各种实施例中，形成工作电极和/或反电极的包括至少一种无定形纳米结构材料的纳米结构可以单层混合在一起。针对过渡金属氧化物青铜纳米结构112和TCO纳米结构113，在图1A中显示了混合层的实例。可替代地，形成工作电极和/或反电极的包括至少一种无定形纳米结构材料的纳米结构可以根据组成单独分层。例如，工作电极可以包括无定形NbOx纳米结构层、过渡金属氧化物青铜纳米结构层和ITO纳米结构层，按照多种顺序中的任一种。
可以是各种实施例装置中的工作电极104的一部分的纳米结构的过渡金属氧化物青铜可以使用多种低成本溶液处理方法中的任一种来形成。例如，可以使用胶体技术来合成Nb:TiO2和CsxWO3的溶液。与其它合成方法相比，胶体合成可以提供对纳米结构的过渡金属氧化物青铜的纳米结构尺寸、形状和组成的大量控制。在沉积后，工作电极104中的纳米结构的过渡金属氧化物青铜材料可以在空气中经受热后处理以去除并覆盖纳米结构表面上的配体。
在各种实施例中，纳米结构的无定形过渡金属氧化物材料可以在室温下由乳液和乙醇盐前体形成。例如，用于合成氧化钽纳米颗粒的步骤由MH Oh等人在以引用方式并入文中的《用于X射线计算机断层扫描成像和双模式图像引导的前哨淋巴结映射的生物惰性氧化钽纳米颗粒的大规模合成(Large-scale synthesis of bioinert tantalum oxidenanoparticles for X-ray computed tomography imaging and bimodal image-guidedsentinel lymph node mapping)》中描述(《美国化学会期刊(J Am Chem Soc.)》2011年，4月13；133(14):5508-15)，可以类似地用于合成无定形过渡金属氧化物纳米颗粒。例如，如Oh等人所描述，制备纳米颗粒的总合成工艺可以从二氧化硅纳米颗粒的微乳液合成中采用。在这种工艺中，可以将环己烷、乙醇、表面活性剂和用于溶胶-凝胶反应的催化剂的混合物乳化。可以将乙醇盐前体加入乳液中，并且均匀的纳米颗粒可以在室温下在约5分钟内通过反胶束中的控制溶胶凝胶反应形成。例如，溶胶-凝胶反应可以通过NaOH催化。
在一些实施例中，纳米结构的无定形过渡金属氧化物可以在至少400℃的温度下烧结至少30分钟，例如400至600℃下30至120分钟以形成多孔网。在一个示例实施例中，多孔网可包括在工作电极104中，钨青铜纳米颗粒和ITO纳米颗粒并入网中/上。可替代地，可以省略烧结步骤，并且纳米结构的无定形过渡金属氧化物可以具有无定形结构的纳米颗粒的形式保留在装置中。在该实施例中，含有纳米结构的无定形过渡金属氧化物的装置可以包括或可以省略保护层116a，116b和118、UV稳定的电解质聚合物以及将正偏压施加到反电极。
所制备的纳米结构的过渡金属氧化物青铜材料(例如，CsxWO3、Nb:TiO2等)的电致变色响应可以通过光谱电化学测量来证明。
在各种实施例中，可调整纳米结构的过渡金属氧化物青铜的形状、尺寸和掺杂水平以进一步有助于装置的光谱响应。例如，杆相对于球形纳米结构112的使用可以提供更宽水平的孔隙度，这可以增强切换动力学。此外，对于具有多个面(例如至少20个面)的纳米结构，可以发生不同范围的动态等离子体激元控制。
各种实施例还可涉及形成工作电极104的纳米结构112的交替。例如，纳米结构可以是可影响NIR和/或可见光辐射吸收的各种形状、尺寸和/或其它特征的纳米颗粒。在一些实施例中，纳米结构112可以是具有多个面(优选地至少20个面)的等面体。
在一些实施例中，过渡金属氧化物青铜纳米结构112可以是具有立方单位晶胞晶格的纳米颗粒(“立方纳米颗粒”)和具有六方晶胞晶格的纳米颗粒(“六方纳米颗粒”)的组合。每个晶胞类型纳米颗粒有助于工作电极104的性能。例如，工作电极104可以包括立方和六方铯掺杂的氧化钨青铜纳米颗粒。在替代实施例中，工作电极104可以包括立方或六方铯掺杂的氧化钨纳米颗粒。例如，工作电极104可以包括立方铯掺杂的氧化钨(例如Cs1W2O6-X)纳米颗粒和无定形氧化铌纳米颗粒或不含氧化铌的六方铯掺杂的氧化钨(例如Cs0.29W1O3)纳米颗粒。在替代实施例中，工作电极104可以包括其中0≤x≤0.33，例如0≤x≤0.17，包括0≤x≤0.1的未掺杂的氧化钨(例如，WO3-x)纳米颗粒。
例如，在上述施加第一(即，较低绝对值)电压时，六方青铜纳米结构112可以阻挡具有约800至1700nm范围内的波长的NIR辐射，其中峰值吸收在约1100nm的中NIR波长处。立方青铜纳米结构112可以阻挡具有近NIR范围内的波长的NIR辐射，其中峰值吸收为约890nm。氧化铟(包括ITO)基和/或氧化锌(包括AZO)基纳米结构113可以包括在工作电极104中以在施加第一电压时阻挡较高波长的IR辐射。因此，立方青铜和六方青铜纳米结构可以阻挡各自的近NIR辐射和中NIR辐射(例如，使用等离子体激元效应)，而纳米结构113可以阻挡较高波长的IR辐射。
在上述施加第二(即，较高绝对值)电压时，立方青铜纳米结构112可以阻挡具有约500至1500nm范围内的波长的可见光辐射和NIR辐射，其中峰值吸收在约890nm的近NIR波长处(例如，使用极化子效应)。任选地，也可以将无定形氧化铌加入工作电极104中以阻挡短波长可见光辐射(例如400至500nm波长)。
立方青铜纳米结构在比六方青铜纳米结构更低的施加电压下经由极化子效应阻挡可见光辐射。因此，第二电压可以具有低于六方青铜纳米结构通过极化子效应阻挡可见光辐射的值的绝对值，使得这些纳米结构不会有助于阻挡可见光辐射。可替代地，第二电压可具有高于六方青铜纳米结构通过极化子效应阻挡可见光辐射的值的绝对值，使得这些纳米结构也有助于阻挡可见辐射。
形成工作电极104的实施例纳米颗粒可以为直径约4至6nm，并且可以包括40至70重量％，例如约50重量％的立方钨青铜纳米结构，15至35重量％，例如约25重量％的六方钨青铜纳米结构，以及任选地15至35重量％，例如约25重量％的ITO纳米结构。在一些实施例中，为了实现如上所述的颜色平衡，形成工作电极104的纳米颗粒可以任选地包括约5至10重量％的无定形NbOx纳米结构来代替立方钨青铜纳米结构。在该实施例中，含有两种类型的青铜纳米颗粒的装置可以包括或可以省略保护层116a，116b和118、UV稳定的电解质聚合物、向反电极施加正偏压、以及无定形氧化铌。
总之，工作电极104可以包括一个或多个以下组件：
(a)具有(i)立方、(ii)六方或者(iii)立方和六方晶胞晶格结构组合的金属氧化物青铜纳米结构112；
(b)保护性(i)氧化铟(包括ITO)基和/或氧化锌(包括AZO)基的纳米结构113；
(c)无定形氧化铌纳米颗粒和/或网；和/或
(d)选自未掺杂的氧化钨、氧化钼、氧化钛和/或氧化钒的附加纳米结构。
反电极108可以包括一个或多个以下组件：
(a)选自氧化铈(IV)(CeO2)、二氧化钛(TiO2)、钒酸铈(III)(CeVO2)、氧化铟(III)(In2O3)、锡掺杂的氧化铟、氧化锡(II)(SnO2)、锰掺杂的氧化锡、锑掺杂的氧化锡、氧化锌(ZnO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、氧化铁(III)(Fe2O3)和氧化钒(V)(V2O5)的无源电极材料；
(b)选自氧化铬(III)(Cr2O3)、二氧化锰(MnO2)、氧化亚铁(II)(FeO)、氧化钴(CoO)、氧化镍(II)(NiO)、氧化铑(IV)(RhO2)和氧化铱(IV)(IrO2)的有源电极材料；
(c)无定形氧化镍纳米颗粒和/或网；和/或
(d)选自氧化铟、ITO和氧化锌的导电增强剂纳米颗粒。
虽然针对电致变色窗户描述了各种实施例，但是实施例方法、系统和装置也可以用于其它类型的智能窗户的材料。这样的智能窗户可以包括但不限于聚合物分散液晶(PLDD)、液晶显示器(LCD)、热致变色材料等。
颜色可调谐性
电致变色装置的颜色可调谐性适用于各种应用。根据各种实施例，本公开提供了具有实现多种颜色的能力的当前可能在市场上不可购得的电致变色装置。在一个实施例中用于实现颜色可调谐性的技术是基于组合物的选择和活性材料的沉积。虽然有色玻璃可以通过使用掺杂玻璃(例如，加入金属杂质以赋予颜色的玻璃)来实现，但这是来自大多数初级玻璃制造商在其浮法生产线上的非标准产品，并且这带来成本溢价。相比之下，目前公开的颜色可调谐性可以几乎成本中立的方式实现，因为纳米结构可以针对不同颜色的装置以大致相同的成本合成。
根据各种实施例，本公开允许通过在电致变色装置的有源(即工作)电极中使用各种纳米结构组合物或其混合物来调谐电致变色装置的颜色。具体地，取决于所使用的纳米结构组分和/或其间比例，可以实现宽范围的颜色，比如，例如灰色、蓝色、绿色、紫色和棕色，但是本公开不限于此。例如，电致变色装置可以包括包含多种金属氧化物纳米结构的工作电极，例如纳米晶体和无定形金属氧化物纳米颗粒。这种纳米结构可以包括WO3、CsxWO3(其中0.2≤x≤0.4，例如，0.29≤x≤0.31)、Cs1WO6-σ(其中0≤σ≤0.3)、NbOx、TiO2、MoO3、NiO2、V2O5或其组合。
图2是根据各种实施例或本公开的可经配置以产生特定颜色的电致变色装置180的示意图。电致变色装置180类似于图1B的电致变色装置150，所以只详细讨论它们之间的差异。
参考图2，电致变色装置180包括工作电极104。具体地，工作电极104可以包括如上所述的各种纳米结构，以产生相应的颜色。例如，工作电极可以包括第一纳米结构115和/或第二纳米结构117，根据特定颜色，工作电极104经配置而形成。换句话说，可以省略第二纳米结构117，或者可以添加额外的纳米结构。
例如，为了产生蓝色，工作电极104可以包括约100重量％的WO3作为第一纳米结构115并且可以省略第二纳米结构117。为了产生绿色，工作电极104可以包括约60重量％的CsxWO3，例如Cs29WO3，六方晶格结构纳米晶体作为第一纳米结构115和约40重量％的氧化铟锡(例如，Sn:In2O3)纳米晶体作为第二纳米结构117。
为了产生棕色，工作电极104可以包括约100重量％的NbOx纳米颗粒(例如，Nb2O5-σ，其中0≤σ≤0.1)作为第一纳米结构115并且可以省略第二纳米结构117。为了产生紫色，工作电极104可以包括约100重量％的Nb:TiO2纳米晶体作为第一纳米结构115并且可以省略第二纳米结构117。
根据各种实施例，本发明人发现产生中性灰色的电致变色装置可能出乎意料地有利。特别地，因为人眼对检测中性灰色的变化不敏感，所以与其它颜色的变化相比，产生中性灰色的相邻电致变色装置中的颜色变化对于人眼而言较不明显。因此，产生中性灰色的相邻电致变色装置之间的色调变化可能大于其它颜色，而不会被人眼察觉到。
例如，为了产生中性灰色，第一纳米结构115可以包括无定形氧化铌(“NbOx”)纳米颗粒(例如，Nb2O5-σ，其中0≤σ≤0.1)，并且第二纳米结构117可以包括具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨(“CWO”)纳米颗粒(例如，CsW2O6-σ纳米晶体，其中0≤σ≤0.3)。本文中，CWO纳米颗粒由于其晶体结构而可以被称为“纳米晶体”。包括在工作电极104中的NbOx纳米颗粒和CWO纳米晶体的相对量可以导致工作电极104的颜色变化。
特别地，工作电极104可以包括纳米结构层，其包含约40至约80重量％的NbOx纳米颗粒和约60至约10重量％的CWO纳米晶体。在其它实施例中，工作电极104可以包含约65至约80重量％的NbOx纳米颗粒和约35至约20重量％的CWO纳米晶体。在一些实施例中，工作电极可以包含约40至50重量％的NbOx纳米颗粒和约60至约50重量％的CWO纳米晶体。
根据各种实施例，NbOx纳米颗粒可以具有约2至约6nm，例如约3至约5nm的平均粒径。例如，NbOx纳米颗粒可以具有约4nm的平均粒径。CWO纳米晶体可以具有约3至约7nm，例如约4至约6nm的平均粒径。例如，CWO纳米晶体可以具有约5nm的平均粒径。
根据其它实施例，工作电极104可以包括纳米结构层，其包含无定形氧化钼纳米颗粒(“MoO3”)和氧化钨纳米晶体(“WO3”)的混合物，以产生中性灰色。特别地，工作电极104可以包括纳米结构层，其包含约40至约80重量％的MoO3纳米颗粒和约60至约10重量％的WO3纳米晶体。在其它实施例中，工作电极104可以包括约65重量％至约80重量％的MoO3纳米颗粒和约35至约20重量％的WO3纳米晶体。在一些实施例中，工作电极可以包括约40至50重量％的MoO3纳米颗粒和约60至约50重量％的WO3纳米晶体。
根据一些实施例，工作电极104可以包括纳米结构层，其包含钼掺杂的氧化钨纳米晶体。例如，钼掺杂的氧化钨纳米晶体可以由通式MoxWO3(其中0.1≤x≤0.75，例如0.2≤x≤0.5)表示。
根据各种实施例，工作电极104可以包括纳米结构层，其包含无定形氧化铌(例如，上述NbOx)纳米颗粒和未掺杂的氧化钨纳米晶体的混合物，以产生中性灰色。在一些实施例中，当最初制造氧化钨时，氧化钨的颜色可以是深蓝色的。这可能表明氧化钨中的氧空位，这意味着氧化钨是缺氧的(即，非化学计量的)。在初始制造后(例如，放入电致变色装置前或后)，可以将氧化钨在空气中退火，这可以导致氧化钨变得透明。空气退火可以导致氧化钨纳米晶体中氧缺陷的填充，这可以导致氧化钨是化学计量的或更少的非化学计量的。
例如，氧化钨可由WO3-x表示，其中0≤x≤0.33，例如0≤x≤0.17。氧化钨可以缺氧，使得0<x≤0.33，例如0<x≤0.17。氧化钨(例如未掺杂的氧化钨)可以具有立方晶体结构。特别地，工作电极104可以包括约85至约95重量％的NbOx纳米颗粒和约15至约5重量％的WO3-x纳米晶体。在其它实施例中，工作电极104可以包括约88至约93重量％的NbOx纳米颗粒和约13至约7重量％的WO3-x纳米晶体。在其它实施例中，工作电极104可以包括约90重量％的NbOx纳米颗粒和约10重量％的WO3-x纳米晶体。
在一些实施例中，工作电极104可以具有约1200nm至约1800nm的厚度。例如，工作电极104可以具有约1300nm至约1700nm的厚度或约1400nm至约1600nm的厚度。在其它实施例中，工作电极104可以具有约1500nm的厚度并且可以包括约90重量％的NbOx纳米颗粒和约10重量％的缺氧的WO3-x纳米晶体。
在各种实施例中，工作电极104包含基于纳米结构的总重量的约40至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约60至约5重量％的具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒，或未掺杂的缺氧的氧化钨。
示例性实施例
图3A包括电致变色装置的照片，所述电致变色装置包括具有各种量的NbOx纳米颗粒(例如，40、50、60、70、80、90和100重量％)和相应量的CWO纳米晶体(例如，60、50、40、30、20、10和0重量％)以等于100重量％的工作电极。图3B是显示透射通过(即，作为辐射波长的函数的分数透射率)在其黑暗状态下的相应电致变色装置的光的颜色光谱的图。
参见图3A，在顶行中，电致变色装置以明亮模式显示，并且在底行中，电致变色装置以黑暗模式显示。另外，电致变色装置的工作电极使用含有相应纳米结构的水基墨水制造。然而，根据一些实施例，墨水可以包括有机溶剂而非水。墨水可以50至200mg/ml，例如100mg/ml涂布以防止混浊形成。底行的数字表示近似的工作电极厚度。
如图3A和3B所示，包括约40至约80重量％的NbOx纳米颗粒和约60至约20重量％的CWO纳米晶体的电致变色装置产生灰色，具有40至50重量％的NbOx纳米颗粒和水性溶剂产生中性灰色。此外，NbOx纳米颗粒的量低于40重量％导致更蓝的颜色，而NbOx纳米颗粒的量高于80重量％在明亮模式下产生棕色。
此外，下表1显示了在图3A的装置上进行的电荷转移测试的结果。
表1
Figure BDA0001618006510000181
然而，对于有机溶剂，65至75重量％的NbOx纳米颗粒，例如约70重量％的NbOx纳米颗粒导致中性灰色。
图4A和4B分别是根据各种实施例的所制造的电致变色装置180A在明亮模式和黑暗模式下的照片。图4C是说明当装置180A处于明亮模式(+2V施加到电极)和黑暗模式(-2V施加到电极)时，作为波长函数的透射率分数的图。
参见图4A至4C，装置180A包括厚度为600至800nm且包含40重量％的NbOx纳米颗粒和60重量％的CWO纳米晶体的工作电极。装置180A还包括具有约1.6μm厚度并包含约25重量％In2O3和约75重量％二氧化铈(氧化铈(IV)(CeO2))的反电极。
另外，装置180A具有如下表2和3所示的反射和透射颜色坐标。
表2(反射颜色)
操作 L* A* B*
明亮模式 77.42 -2.04 0.4
黑暗模式 24.36 1.3 -4.32
表3(透射颜色)
操作 L* A* B*
明亮模式 77.42 -2.04 3.9
黑暗模式 33.39 2.27 -3.03
图5A和5B分别是根据本公开的各种实施例的处于明亮模式和黑暗模式的电致变色装置180B的照片。图5C是说明电致变色装置180B在明亮模式、黑暗模式和装置180B在黑暗模式与明亮模式之间过渡的过渡模式下的透射率的图。
参见图5A和5B，电致变色装置180B是类似于图2的电致变色装置180的4"装置，除了包括包含纳米结构层的有源电极，所述纳米结构层包含使用有机溶剂沉积的约70重量％的NbOx纳米颗粒和30重量％的CWO纳米晶体。装置180B还包括具有约1.6μm厚度并且包含25重量％In2O3和75重量％二氧化铈(氧化铈(IV)(CeO2))的反电极。NbOx纳米颗粒是无定形的并且具有约4nm的平均粒径。CWO纳米晶体是立方体并且具有约5nm的平均粒径。因此，如图11A所示，装置180B被配置为在明亮模式下呈现中性灰色。
如图5C所示，当处于明亮模式时，电致变色装置180B透射400至800nm波长可见光范围内所接收光的至少50％，比如至少60％，例如60至65％。另外，当处于黑暗模式时，电致变色装置180B阻挡可见光范围内的约95％的光。
下表4包括电致变色装置180B的透射和反射颜色坐标。
表4
可见光EC属性 性能
透射颜色(明亮) (-5.0A*,4.6B*)
透射颜色(过渡) (-4.8A*,-2.3B*)
透射颜色(黑暗) (-1.9A*,0.6B*)
反射颜色(明亮) (-2.5A*,-0.1B*)
反射颜色(过渡) (-0.8A*,-2.8B*)
反射颜色(黑暗) (0.1A*,-2.3B*)
图6A和6B是分别显示根据本公开的各种实施例的对应于具有中性灰色的电致变色装置的透射颜色坐标框和室外反射颜色坐标框的Lab颜色坐标图。
参见图6A，当装置处于明亮模式、过渡模式和黑暗模式中的至少一种时，颜色框包括透射穿过电致变色装置的光的可接受颜色坐标。特别地，颜色框包括约零至约-4.0范围的A*坐标和约4.0至约-2.0范围的B*坐标。另外，优选的颜色框包括约-1.0至约-3.0范围的A*坐标和约零至约2.0范围的B*坐标。根据一些实施例，在明亮模式和黑暗模式期间透射穿过电致变色装置的光可以在颜色框和/或优选彩色框中具有颜色坐标。在一些实施例中，轴上的90度观察颜色可以在颜色框的中心，例如，在A*-2，B*1处。另外，在其它角度观察到的颜色也可以存在于颜色框中。
根据各种实施例，可使用下式测量电致变色装置内/之间的透射颜色变化(ΔE)：ΔE＝√((ΔA*)2+(ΔB*)2)，其中ΔA*＝A1*-A2*以及ΔB*＝B1*-B2*。特别地，对于具有相同L值的两个点，其间的透射颜色变化ΔE可以小于约4.0，例如小于约3.5，或小于约3.0，例如，0.1至3.0或0至3.5。
参见图6B，当装置处于明亮模式、过渡模式和黑暗模式中的至少一种时，颜色框表示由来自电致变色装置的外部(例如室外)反射产生的可接受的颜色坐标。特别地，颜色坐标框包括约1.0至约-5.0范围的A*坐标和约0至约-8.0范围的B*坐标。另外，优选的颜色框包括约-1.0至约-3.0范围的A*坐标和约-3.0至约-5.0范围的B*坐标。根据一些实施例，在明亮模式和黑暗模式期间从电致变色装置反射的光可以在颜色框和/或优选彩色框中具有颜色坐标。在一些实施例中，轴上的90度观察颜色可以在颜色框的中心，例如，在A*-2，B*-4处。另外，在其它角度观察到的颜色也可以存在于颜色框中。
根据各种实施例，可使用下式测量电致变色装置内/之间的反射颜色变化(ΔE)：ΔE＝√((ΔA*)2+(ΔB*)2)，其中ΔA*＝A1*-A2*和ΔB*＝B1*-B2*。特别地，对于具有相同L值的两个点，其间的反射颜色变化ΔE可以小于约3.0，比如如小于约2.5，或小于约2.0，例如，0.1至2.0或0至2.5。
根据一些实施例，电致变色装置可以具有小于约1.0％，例如小于约0.75％，或小于约0.5％，例如0.1％至0.4％或0％至0.5％的透射雾度。因此，与可具有2％至2.5％或更多的透射雾度的常规电致变色装置相比，本公开提供了具有意想不到的透射雾度的电致变色装置。
出于说明和描述的目的已经呈示了本发明的上述描述。并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式，并且可以根据上述教导进行修改和变化，或者从本发明的实践中获得修改和变化。进行所述描述是为了解释本发明的原理及其实际应用。希望本发明的范围由所附权利要求及其等同项限定。

Claims (34)

1.一种电致变色装置，其包含：
第一透明导体层；
被设置在所述第一透明导体层上并包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于所述纳米结构的总重量的至少40重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％或更少的氧化钨纳米颗粒；
反电极；
被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及
被设置在所述反电极上的第二透明导体层。
2.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中：
所述纳米结构包含40重量％至80重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％至20重量％的所述氧化钨纳米颗粒；并且
所述氧化钨纳米颗粒包含具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的电致变色装置，其中所述纳米结构包含40重量％至50重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％至50重量％的所述铯掺杂的氧化钨纳米颗粒。
4.根据权利要求2所述的电致变色装置，其中所述工作电极包含：
35重量％至25重量％的所述铯掺杂的氧化钨纳米颗粒；和
65重量％至75重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒。
5.根据权利要求2所述的电致变色装置，其中：
所述无定形氧化铌纳米颗粒具有3nm至5nm的平均粒径；并且
所述铯掺杂的氧化钨纳米颗粒具有4nm至6nm的平均粒径。
6.根据权利要求1所述的电致变色装置，进一步包含保护层，所述保护层被配置为减少因紫外线UV辐射引起的纳米结构层的降解。
7.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中：
所述电致变色装置具有小于1.0％的透射雾度；
在明亮模式下，所述电致变色装置透射至少50％的所接收到的可见光；
在黑暗模式下，所述电致变色装置透射5％或更少的所接收的可见光；并且
所述反电极包含选自以下的至少一种：CeO2；CeVO2；TiO2；氧化铟锡；氧化铟；
氧化锡；锰或锑掺杂的氧化锡；铝掺杂的氧化锌；氧化锌；氧化镓锌；氧化铟镓锌；钼掺杂的氧化铟；Fe2O3和V2O5。
8.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中：
所述工作电极被配置使得所述电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；并且
所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有零至-4.0范围的A*颜色坐标和4.0至-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。
9.根据权利要求8所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有-1.0至-3.0范围的A*颜色坐标和零至2.0范围的B*颜色坐标的第二Lab颜色坐标框中。
10.一种电致变色装置，其包含：
第一透明导体层；
被设置在所述第一透明导体层上并且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于所述纳米结构的总重量的至少40重量％至95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％至5重量％的氧化钨纳米颗粒，且被配置使得所述电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；
反电极；
被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及
被设置在所述反电极上的第二透明导体层，
其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有零至-4.0范围的A*颜色坐标和4.0至-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。
11.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色都被设置在所述第一Lab颜色坐标框中。
12.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有-1.0至-3.0范围的A*颜色坐标和零至2.0范围的B*颜色坐标的第二Lab颜色坐标框中。
13.根据权利要求12所述的电致变色装置，其中所述第一颜色和所述第二颜色都被设置在所述第二Lab颜色坐标框中。
14.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中：
所述纳米结构被配置使得所述电致变色装置在所述明亮模式下反射第三颜色的室外光并在所述黑暗模式下反射第四颜色的室外光；并且
所述第三颜色和所述第四颜色中的至少一个被设置在具有1.0至-5.0范围的A*颜色坐标和零至-8.0范围的B*颜色坐标的第三Lab颜色坐标框中。
15.根据权利要求14所述的电致变色装置，其中所述第三颜色和所述第四颜色都被设置在所述第三Lab颜色坐标框中。
16.根据权利要求14所述的电致变色装置，其中所述第三颜色和所述第四颜色中的至少一个被设置在具有-1.0至-3.0范围的A*颜色坐标和-3.0至-5.0范围的B*颜色坐标的第四Lab颜色坐标框中。
17.根据权利要求16所述的电致变色装置，其中所述第三颜色和所述第四颜色都被设置在所述第四Lab颜色坐标框中。
18.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述第一颜色是中性灰色。
19.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中：
所述电致变色装置具有小于1.0％的透射雾度；
在明亮模式下，所述电致变色装置透射至少50％的所接收到的可见光；并且
在黑暗模式下，所述电致变色装置透射5％或更少的所接收到的可见光。
20.一种操作电致变色装置的方法，其包含：
在明亮模式下操作所述装置，使得所述装置透射第一颜色的光；以及
在第二模式下操作所述装置，使得所述装置透射第二颜色的光，
其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有零至-4.0范围的A*颜色坐标和4.0至-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中；
其中所述电致变色装置的工作电极包括纳米结构，所述纳米结构包含：
基于所述纳米结构的总重量的至少40重量％的无定形氧化铌纳米颗粒；和60重量％或更少的氧化钨纳米颗粒。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一颜色和所述第二颜色都被设置在所述第一Lab颜色坐标框中。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一颜色和所述第二颜色中的至少一个被设置在具有-1.0至-3.0范围的A*颜色坐标和零至2.0范围的B*颜色坐标的第二Lab颜色坐标框中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一颜色和所述第二颜色都被设置在所述第二Lab颜色坐标框中。
24.根据权利要求20所述的方法，其中：
在所述明亮模式下操作所述装置进一步包含反射第三颜色的室外光；
在所述第二模式下操作所述装置进一步包含反射第四颜色的室外光；并且
所述第三颜色和所述第四颜色中的至少一个被设置在具有1.0至-5.0范围的A*颜色坐标和零至-8.0范围的B*颜色坐标的第三Lab颜色坐标框中。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第三颜色和所述第四颜色都被设置在所述第三Lab颜色坐标框中。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述第三颜色和所述第四颜色中的至少一个被设置在具有-1.0至-3.0范围的A*颜色坐标和-3.0至-5.0范围的B*颜色坐标的第四Lab颜色坐标框中。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第三颜色和所述第四颜色都被设置在所述第四Lab颜色坐标框中。
28.根据权利要求24所述的方法，其中：
所述电致变色装置具有小于1.0％的透射雾度；
所述第一颜色是中性灰色；
在明亮模式下，所述电致变色装置透射至少50％的所接收到的可见光；并且
在第二模式下，所述电致变色装置透射5％或更少的所接收到的可见光。
29.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中所述纳米结构包含钼掺杂的氧化钨纳米颗粒。
30.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中所述纳米结构包含：
85重量％至95重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒；和
5重量％至15重量％的所述氧化钨纳米颗粒，所述氧化钨纳米颗粒未掺杂且具有立方晶格结构。
31.根据权利要求30所述的电致变色装置，其中所述纳米结构包含：
90重量％的所述无定形氧化铌纳米颗粒；和
10重量％的包含缺氧或化学计量的未掺杂的氧化钨纳米颗粒的所述未掺杂的氧化钨纳米颗粒。
32.根据权利要求30所述的电致变色装置，其中所述工作电极具有1300nm至1700nm范围的厚度。
33.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述纳米结构包含：
85重量％至95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒；和
5重量％至15重量％的未掺杂的氧化钨纳米颗粒。
34.根据权利要求20所述的方法，其中所述纳米结构包含：
85重量％至95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒；和
5重量％至15重量％的未掺杂的氧化钨纳米颗粒。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107203081B (zh) * 2017-05-08 2020-01-07 东南大学 一种等离激元宽光谱调控的智能变色玻璃
CN108417179B (zh) * 2018-05-16 2023-12-05 京东方科技集团股份有限公司 发光器件及显示装置
CN109634021A (zh) * 2018-11-21 2019-04-16 南京航空航天大学 一种准固态三氧化钨电致变色器件及其制备方法
CN109463981A (zh) * 2018-11-21 2019-03-15 傅英勋 锅
CN111338146B (zh) * 2020-04-09 2021-04-02 Tcl华星光电技术有限公司 背板及其调光方法、显示装置
CN111690905B (zh) * 2020-06-24 2022-04-12 哈尔滨工业大学 一种多刺激响应型瞬时强光防护复合薄膜及其制备方法
CN112882301B (zh) * 2020-12-30 2022-08-19 浙江精一新材料科技有限公司 一种灰色基调的光阀及其应用
CN115704979A (zh) * 2021-08-17 2023-02-17 Oppo广东移动通信有限公司 电致变色模组、盖板组件和电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4325611A (en) * 1979-12-26 1982-04-20 Stanford University Electrochromic material and electro-optical display using same
CN103186004A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 亚树科技股份有限公司 具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置
CN103999251A (zh) * 2011-07-25 2014-08-20 加州大学校务委员会 电致变色的纳米复合薄膜
CN104407483A (zh) * 2014-12-25 2015-03-11 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 电致变色器件及其制备方法和应用

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4150879A (en) 1976-11-12 1979-04-24 Texas Instruments Incorporated Solid dry electrochromic display
GB8422262D0 (en) 1984-09-04 1984-10-10 Green M Variable transmission optical device
US5371138A (en) 1990-07-24 1994-12-06 Tru Vue, Inc. Ultraviolet blocking polysiloxane resin and process for making the same
JP2000513113A (ja) * 1997-04-18 2000-10-03 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ エレクトロクロミック素子、同素子を具備する表示装置及びエレクトロクロミック層を製造する方法
WO2003014254A1 (en) 2001-08-07 2003-02-20 Midwest Research Institute Electrochromic counter electrode
US20070076286A1 (en) 2005-09-23 2007-04-05 Yungeun Sung Electrochromic device comprising protective inorganic solid electrolyte film and manufacturing method thereof
FR2904123B1 (fr) 2006-07-21 2008-09-12 Saint Gobain Dispositif electrochimique / electrocommandable du type vitrage et a proprietes optiques et/ou energetiques variables.
US8643930B2 (en) * 2007-08-31 2014-02-04 Alliance For Sustainable Energy, Llc Thin film lithium-based batteries and electrochromic devices fabricated with nanocomposite electrode materials
WO2010055570A1 (ja) 2008-11-13 2010-05-20 住友金属鉱山株式会社 赤外線遮蔽微粒子及びその製造方法、並びにそれを用いた赤外線遮蔽微粒子分散体、赤外線遮蔽基材
WO2010099147A1 (en) * 2009-02-24 2010-09-02 Ntera Inc. Advanced electrode structures and electrochromic devices
US9664974B2 (en) 2009-03-31 2017-05-30 View, Inc. Fabrication of low defectivity electrochromic devices
US7973997B2 (en) * 2009-08-31 2011-07-05 Korea University Research And Business Foundation Transparent structures
CN101833211B (zh) * 2010-04-01 2011-11-02 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种智能调光玻璃
KR101720244B1 (ko) * 2010-06-01 2017-03-27 삼성전자주식회사 전기 변색 소자
FR2962818B1 (fr) 2010-07-13 2013-03-08 Saint Gobain Dispositif electrochimique a proprietes de transmission optique et/ou energetique electrocommandables.
WO2012109494A2 (en) * 2011-02-09 2012-08-16 Kinestral Technologies, Inc. Electrochromic multi-layer devices with spatially coordinated switching
TW201239495A (en) 2011-03-25 2012-10-01 Jtouch Corp Electrochromic apparatus
CN103814107B (zh) 2011-07-21 2017-08-04 Sage电致变色显示有限公司 同时掺杂有锂和金属掺杂物的电致变色的镍氧化物
TWI430005B (zh) 2011-11-24 2014-03-11 Tintable Smart Material Co Ltd Method for manufacturing electrochromic element
US20140327950A1 (en) * 2012-03-26 2014-11-06 Hpo Assets Llc Electrochromic materials and optical systems employing the same
US10761393B2 (en) 2013-02-04 2020-09-01 E-Vision, Llc Electro-chromic devices including solid or quasi-solid electrolyte layers and methods of making the same
EP3126905B1 (en) 2014-04-01 2020-09-02 The Regents of the University of California Electrochromic window comprising a nanostructured transition metal oxide electrochromic material, method of operating such an electrochromic window, and use of an electrochromic device comprising such an electrochromic material
EP3218767A4 (en) 2014-11-14 2018-06-13 Heliotrope Technologies, Inc. Electrochromic device containing metal oxide nanoparticles and ultraviolet blocking material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4325611A (en) * 1979-12-26 1982-04-20 Stanford University Electrochromic material and electro-optical display using same
CN103999251A (zh) * 2011-07-25 2014-08-20 加州大学校务委员会 电致变色的纳米复合薄膜
CN103186004A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 亚树科技股份有限公司 具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置
CN104407483A (zh) * 2014-12-25 2015-03-11 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 电致变色器件及其制备方法和应用

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