CN108646494A - 一种电致变色器件及其制备方法和电子产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电致变色器件及其制备方法和电子产品，包括依次层叠设置的透明基材一、透明导电层一、电致变色体系、透明导电层二和透明基材二，电致变色体系包括电致变色材料和电解质材料。本发明所提供的电致变色器件，采用特定的组合结构，在施加不同的电压时，能够实现颜色效果的改变，而且在变色后无需进行持续供电，具有记忆效应，因而具有节能、美观的优点。

Description

一种电致变色器件及其制备方法和电子产品
技术领域
本发明涉及电致变色领域，特别涉及一种电致变色器件及其制备方法和电子产品。
背景技术
电致变色是指在直流电压的作用下，材料发生氧化或还原导致其在可见光波长范围内的光学性能发生一系列的可逆变化。从外观上来看，就是颜色及透明度的可逆变化。1961年，Deb首次发现三氧化钨薄膜在电场作用下可以在无色和蓝色之间转换。基于这一发现，科学家们提出了一种新型的智能电致变色窗概念。从此，电致变色材料及其器件的制备吸引了众多研究者的目光。通常，我们把具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，而把由电致变色材料制得的器件称为电致变色器件。当电致变色器件工作时，在其两端施加一定的电压，变色层发生氧化还原反应，颜色发生变化。
除上述提到的智能变色窗外，电致变色器件还能够用于变色眼镜、电子纸、电子产品盖板、智能警示等领域，具有非常广阔的应用空间。但从目前来看，大部分电致变色器件尚处于研发的初级阶段，如何对其结构进行优化从而获得更好的变色效果是一项值得研究的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种优化结构的电致变色器件及其制备方法和电子产品。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的透明基材一、透明导电层一、电致变色体系、透明导电层二和透明基材二，电致变色体系包括电致变色材料和电解质材料。
优选的，电致变色体系包括依次层叠设置的主要由电致变色材料构成的电致变色层、主要由电解质材料构成的电解质层和离子存储层。
当采用三层结构时，电致变色材料选自过渡金属氧化物、紫罗精、酞菁化合物、联苯酯类化合物、聚吡咯、噻吩类化合物、聚苯胺、乙酰苯类化合物。离子存储层的材料选自NiO、CeO2、V2O5、普鲁士蓝及其衍生物中的至少一种。电解质层的材料选自锂电解质、卤素化合物、二茂铁中的至少一种。
其中，过渡金属氧化物为加负电压变色的材料，包括但不仅限于WO3、TiO2、MoO3；酞菁化合物包括酞菁和金属酞菁；联苯酯类化合物包括但不仅限于联苯二乙基酯类化合物；乙酰苯类化合物包括但不仅限于乙酰苯，具有卤素原子、硝基、氨基、羟基、取代或未取代的烃基、取代或未取代的芳基取代的乙酰苯类化合物。锂电解质包括液态锂离子电解质、聚合物凝胶锂离子电解质、高聚物固态锂离子电解质，也可以是金属锂、LiNbO3、LiTaO3、LiPON等薄膜锂离子电解质。锂电解质优选为高聚物固态锂离子电解质。电解质层中锂电解质外，还可以包括如PVB、碳酸丙烯酯等在内的溶剂。
进一步优选的，透明导电层一和透明导电层二的材料分别独立选自ITO、AZO、FTO、纳米金属材料、PEDOT、PEDOT:PSS中的至少一种。
进一步优选的，透明基材一和透明基材二的材料分别独立选自玻璃、PMMA、PU、PET、PVA、PVB、PVC、PC中的至少一种。
优选的，电致变色体系主要由电致变色材料、电解质材料与溶剂混合形成。
进一步优选的，电致变色材料选自PEDOT、过渡金属氧化物、普鲁士蓝及其衍生物、聚苯胺、联苯酯类化合物、噻吩类化合物、乙酰苯类化合物中的至少一种。
其中，过渡金属氧化物既可以选择加负电压变色的材料，如WO3、TiO2、MoO3，也可以选择施加正电压变色的材料，如NiO、CeO2、V2O5；联苯酯类化合物包括但不仅限于联苯二乙基酯类化合物；乙酰苯类化合物包括但不仅限于乙酰苯、具有卤素原子、硝基、氨基、羟基、氰基、取代或未取代的烃基、取代或未取代的芳基取代的乙酰苯类化合物。
进一步优选的，所述电解质材料选自二茂铁、卤素阴离子化合物中的至少一种。
进一步优选的，所述溶剂选自二甲基亚砜、醇类、酰胺类中的至少一种。
再进一步优选的，电致变色体系还包括高聚物材料。采用高聚物材料后，溶液的混合物体系易于凝胶固化，从而降低液相体系因易渗漏而造成的危险，从而使得产品能够更加安全。
更进一步优选的，高聚物材料选自PVA、PVB、PVC、PMMA、PU、PC、PAM、PET中的至少一种。
进一步优选的，电致变色材料为乙酰苯类化合物。
优选的，透明导电层一和透明导电层二的材料分别独立选自ITO、AZO、FTO、纳米金属材料中的至少一种。
优选的，透明基材一和透明基材二的材料分别独立选自玻璃、PMMA、PU、PET、PVA、PVB、PVC、PC中的至少一种。
优选的，还包括用于使电致变色器件变色的驱动电路，透明导电层一和透明导电层二分别与驱动电路电性连接。
进一步优选的，还包括无线传输模块，无线传输模块选自wifi模块、蓝牙模块、红外传感器模块中的至少一种，所述无限传输模块控制驱动电路进行变色。
该电致变色器件还可以通过预设电路或手机App通过无线传输模块进行变色。
该电致变色器件基材盖板厚度可调，整体器件厚度最低可小于0.5mm。
该电致变色器件可以设置为电子产品的保护盖板。该盖板可以由电致变色器件与驱动电路构成的模块以光学透明胶封装而成。
电致变色体系为三层结构时电致变色器件的制备方法的具体步骤如下：将透明导电层一和透明导电层二的材料分别覆于透明基材一和透明基材二上，形成透明导电层一和透明导电层二；在透明导电层一上制备电致变色层；在透明导电层二上制备离子存储层；在电致变色层和离子存储层之间制备电解质层。
所述电致变色层、离子存储层、透明导电层一和二可以通过涂布、镀膜、化学气相沉积等方法制备，其中，涂布方式可以选择刮涂、喷涂、旋涂等方式。
所述电解质层可以通过灌装、涂布固化、滚轴涂布等方法制备。
优选的，电解质层的具体制备方法如下：在电致变色层上涂布电解质前驱体后，将离子存储层覆于电解质前驱体上，固化。
电致变色体系为混合材料时电致变色器件的制备方法的步骤具体如下：取溶剂、电致变色材料、电解质材料混合封装形成电致变色体系，将与透明基材一相连的透明导电层一以及与透明基材二相连的透明导电层二设置于电致变色体系的两侧。
其中，封装的方法可以是在溶剂、电致变色材料、电解质材料(以及聚合物材料)组成的混合物中添加可固化的胶水使混合物作为胶水固化，也可以采用在透明基材上点胶固化制备密封开口盒之后，灌入混合物后固化。
一种电子产品，包含上述的电致变色器件或上述方法制得的电致变色器件。
本发明的有益效果是：
本发明所提供的电致变色器件，采用特定的组合结构，在施加不同的电压时，能够实现颜色效果的改变，而且在变色后无需进行持续供电，具有记忆效应，因而具有节能、美观的优点。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。
实施例1：
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚高透玻璃、200nm厚ITO导电层、150μm厚聚苯胺电致变色层、50μm厚PVB/高氯酸锂电解质层、150μm厚普鲁士蓝离子存储层、200nm厚ITO导电层和0.15mm厚高透玻璃。
该电致变色器件的具体制备方法如下：
将0.15mm厚的高透玻璃清洗干净后放入磁控溅射腔体内，将设备抽真空至5×10-4-5×10-3Pa，随后通入氩气至真空度达到0.5Pa，使用中频电源，在350℃磁控溅射200nm的ITO导电薄膜。
将溅射好的ITO导电薄膜取出冷却后，置于刮涂设备上，使用150μm厚度的刮刀，在ITO导电薄膜上刮涂聚苯胺薄膜，在另一片ITO导电薄膜上刮涂普鲁士蓝薄膜。刮涂完成后，将聚苯胺和普鲁士蓝薄膜放于真空烘箱内，在110℃下蒸干表面残留溶剂，使其固化在ITO导电薄膜上。
随后，在聚苯胺表面滴上PVB/高氯酸锂，使用50μm厚度刮刀，将其刮涂均匀，将普鲁士蓝薄膜粘在上面，然后置于110℃烘箱内蒸发溶剂烘干后即固化完成。
随后分别在聚苯胺和普鲁士蓝表面引线，当对其施加不同的电压时，可以实现绿、蓝、黄三种颜色变化的功能。具体为-0.5V时，为浅黄色；+0.2V时，为浅绿色；+0.5V时，为深蓝色。
实施例2：
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.10mm厚PET/ITO导电薄膜、100μm厚紫罗精电致变色层、50μm厚高氯酸锂/碳酸丙烯酯电解质层、100μm厚PEDOT：PSS离子存储层、0.10mm厚PET/ITO导电薄膜。
该电致变色器件的具体制备方法如下：
将0.1mm厚的PET/ITO高透导电薄膜洗净放置在刮涂设备上，调整刮涂厚度为100μm，刮涂Pedot：PSS浆料。将刮涂好的PEDOT：PSS导电薄膜取出烘干。在另一片PET/ITO高透导电薄膜上刮涂紫罗精薄膜。刮涂完成后，将紫罗精薄膜放于真空烘箱内，在110℃下蒸干表面残留溶剂，使其固化在PET导电薄膜上。
随后，在紫罗精表面滴上高氯酸锂/碳酸丙烯酯/UV胶水，使用50μm厚度刮刀，将其刮涂均匀，将PEDOT：PSS薄膜粘在上面，然后置于365nm紫外灯下固化1分钟后即固化完成。
随后分别在PEDOT：PSS和紫罗精表面引线，当对其施加不同的电压时，该电致变色器件可以分别表现出绿、蓝、黄、紫四种不同颜色的功能。具体为-1V时，为紫色；-0.4V时，为蓝色；-0.2V时，为绿色；+0.5V时，为黄色。
实施例3：
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚高透ITO导电玻璃、4,4-联苯二甲酸二乙酯电致变色层、二茂铁/氯化锂的电解质层/离子存储层、0.10mm厚PET/ITO高透导电薄膜。
该电致变色器件的具体制备方法如下：
将0.15mm厚的高透ITO导电玻璃和0.1mm厚的PET/ITO高透导电薄膜作为对称的导电基材，在ITO导电玻璃面上旋涂4,4-联苯二乙基酯，在50℃的烘箱内烘干后，随后在其表面点胶，与PET/ITO导电薄膜贴合后固化成1000mm×1000mm密封开口盒，往盒内注入二茂铁和氯化锂溶液作为电解质，随后将该密封开口盒密封固化。
通过施加不同电压可以实现黄色及黄色衍生色的功能。随着电压从-1.5v至-3v，颜色从浅黄色到深黄色，逐渐加深。
实施例4
基于实施例1，在普鲁士蓝离子存储层的基础上，采用不同导电层材料制备电致变色器件，并测试其变色效果，结果如表1所示。
表1.不同导电层材料的电致变色器件变色效果
L、a、b代表色差仪中的色域坐标，L代表明暗度、a代表红绿色、b代表黄蓝色，ΔE是相对于白色的总色差值。
从上述结果可以看出，根据不同的需要对电致变色器件上的导电层作出改动可以使得电致变色器件的变色效果产生相应的可大可小的变化。
实施例5
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚高透玻璃、200nm厚纳米银导电层、150μm厚V2O5电致变色层、50μm厚金属锂电解质层、150μm厚NiO离子存储层、200nm厚AZO导电层和0.15mm厚高透玻璃。
实施例6
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚PMMA、200nm厚纳米银导电层、150μm厚酞菁电致变色层、50μm厚金属锂电解质层、150μm厚NiO离子存储层、200nm厚ITO导电层和0.15mm厚高透玻璃。
实施例7
一种电子产品保护盖板，该保护盖板由实施例1中的电致变色器件和驱动电路构成的模块以光学透明胶封装而成。该盖板可以通过电路控制，从而实现施加不同电压，盖板显示多种颜色的效果，且显色效果具有记忆效应，不需电压维持，具有节能、美观的优点。
实施例8
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚高透ITO导电玻璃、350μm厚乙酰苯/二茂铁/PMMA(电致变色材料/电解质材料/高聚物材料)电致变色混合层、0.10mm厚PET/ITO高透导电薄膜。
该电致变色器件的具体制备方法如下：
取100g乙酰苯、100g二茂铁、100g PMMA、20gUV胶水溶于1L二甲基亚砜中，搅拌均匀后取适量滴于0.15mm厚高透ITO导电玻璃上，使用350μm厚度刮刀，将其刮涂均匀，将0.10mm厚PET/ITO高透导电薄膜粘在上面，然后置于365nm紫外灯下固化1分钟。
随后分别在两侧引线，施加电压从-1.8V～-3V时，变色器件为蓝绿色。施加的电压越高，颜色越深。
本实施例中所采用的乙酰苯还可以是具有卤素原子、硝基、氨基、羟基、氰基、取代或未取代的烃基、取代或未取代的芳基取代的具有乙酰苯基团的乙酰苯类化合物，例如，可以是α-氯乙酰苯、间硝基乙酰苯、间氨基乙酰苯、间乙基乙酰苯。
采用电致变色混合层制备电致变色器件时，相比于单独分层的结构，工艺更加简单，对设备的要求更低，同时，变色速度更快。
实施例9
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚高透ITO导电玻璃、350μm厚PEDOT/AlCl3/PVA电致变色混合层、0.10mm厚PMMA/AZO高透导电薄膜。
具体制备方法参考实施例1-3和实施例8。
实施例10
一种电致变色器件，包括依次层叠设置的0.15mm厚高透ITO导电玻璃、350μm厚普鲁士蓝/ZnCl2/PU电致变色混合层、0.10mm厚PMMA/FTO高透导电薄膜。
具体制备方法参考实施例1-3和实施例8。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电致变色器件，其特征在于，包括依次层叠设置的透明基材一、透明导电层一、电致变色体系、透明导电层二和透明基材二，所述电致变色体系包括电致变色材料和电解质材料。
2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色体系包括依次层叠设置的主要由所述电致变色材料构成的电致变色层、主要由所述电解质材料构成的电解质层和离子存储层。
3.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色体系主要由所述电致变色材料、所述电解质材料与溶剂混合形成。
4.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色材料选自PEDOT、过渡金属氧化物、普鲁士蓝及其衍生物、聚苯胺、联苯酯类化合物、噻吩类化合物、乙酰苯类化合物中的至少一种。
5.根据权利要求2或4所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色材料为乙酰苯类化合物。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电致变色器件，其特征在于，还包括驱动电路，所述透明导电层一和所述透明导电层二分别与所述驱动电路电性连接。
7.权利要求2所述的电致变色器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：取设有透明导电层一的透明基材一和设有透明导电层二的透明基材二，在所述透明导电层一上制备电致变色层，在所述透明导电层二上制备离子存储层，在所述电致变色层和所述离子存储层之间制备电解质层。
8.权利要求3-4中任一项所述的电致变色器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：取溶剂、电致变色材料、电解质材料混合封装形成电致变色体系，将与透明基材一相连的透明导电层一以及与透明基材二相连的透明导电层二设置于电致变色体系的两侧。
9.一种电子产品，其特征在于，包含权利要求1-6任一项所述的电致变色器件或权利要求7-8任一项制得的电致变色器件。
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