CN108873546A - 一种电致酸变色响应薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致酸变色响应薄膜，属于变色薄膜领域。包括依次叠放的电致酸变色薄膜、导电薄膜、离子储存薄膜和两片分别盖在电致酸变色薄膜、离子储存薄膜上的透明导电层，电致酸变色薄膜由20‑35份PMMA、10‑15份电解质溶液、5‑8份电致酸、3‑5份酸响应材料、4‑8份增塑剂、1‑3份流平剂、1‑3份透明剂固化形成；导电薄膜由20‑30份PMMA、8‑12份电解质溶液、2‑5份增塑剂固化形成；离子储存薄膜由20‑30份PMMA、8‑12份电解质溶液、4‑6份电致酸、2‑5份增塑剂、1‑3份流平剂固化形成；透明导电层上贴有防刮膜。在通电条件下使电致变色薄膜产生荧光及颜色变化，显色响应速度快，撤去电压后仍能稳定保持，改变施加电压方向，即可使电致变色薄膜恢复透明，能够重复使用。

Description

一种电致酸变色响应薄膜
技术领域
本发明涉及一种电致酸变色响应薄膜，属于变色薄膜领域。
背景技术
目前研究的智能变色材料的种类多样，分类方式和方法也很多。按照材料的组成成分可以分为有机智能变色材料和无机智能变色材料；按照材料光学属性，可以分为发光智能变色材料和吸光智能变色材料。每一类智能变色材料在不同领域都有不可取代的价值。如无机光致变色材料卤化银微晶被广泛地应用于胶片；电致变色材料 WO3已经被应用于智能窗户等等。
有机变色材料主要有以下几种：
有机光致变色材料，这类智能变色材料主要利用光作为外界刺激的手段实现颜色的可逆调控，由于光致变色材料的刺激手段为非接触式，因此这类变色材料具有非破坏性和可远程调控等独一无二的特征，并且这类智能材料也具有响应速度快，灵敏度高等优点。目前制约有机光致变色材料发展的主要因素为两种状态的转化效率低，如常规的二芳基乙烯类材料最大的转化效率为 50%；光和热的抗疲劳性和稳定性差，如螺环类变色材料在光的长时间照射下会发生不可逆的光降解，并且一般的光致变色材料只能循环几次，不可重复循环利用，转化效率及稳定性低。
有机电致变色材料,这类智能变色材料主要利用材料的氧化还原性质，通过电作为外界刺激的手段实现颜色变化的可逆调控，电致变色材料具有颜色对比度高，廉价，材料和器件结构简单等优点，并且其刺激手段—电又是人们最常用的能源，因此电致变色材料具有广阔的市场前景和巨大的应用价值。但是制约有机电致变色材料发展的主要因素为响应速度慢，一般的电致变色材料响应时间为几秒或者几十秒；稳定性差，一般的电致变色材料只能循环几百次，无法满足几千次或者几万次的应用需求。
有机温致变色材料，又叫有机热致变色材料，这类智能变色材料对温度敏感，外界温度发生变化时，材料的颜色会发生相应地变化。1926 年，科学家就报道了二-β-萘螺吡喃的温致变色现象，无色的二-β-萘螺吡喃在熔融状态下转化为蓝紫色，冷却后又变为无色状态。这是首次报道有机温致变色现象，随后有机温致变色材料领域被广泛地研究。现在有机温致变色材料主要包括胆甾型液晶类材料、三芳甲烷苯酚类材料、吩噻嗪类材料、荧烷类材料等。由于热是人们最方便获取的能源之一，因此温致变色材料已经被广泛地应用于防伪材料和显影材料中。目前制约有机温致变色材料发展的主要因素为材料的抗干扰能力差，很容易受外界酸碱等化学试剂影响；材料变色具有明显的滞后性。因此在有机温致变色材料领域研究的热点为开发抗干扰性强、对温度更敏感的多功能的新型变色材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种电致酸变色响应薄膜，它解决了目前的变色材料转化率、稳定性低、响应速度慢不可多次重复使用的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种电致酸变色响应薄膜，包括依次叠放的电致酸变色薄膜、导电薄膜、离子储存薄膜和两片分别盖在电致酸变色薄膜、离子储存薄膜上的透明导电层，
所述电致酸变色薄膜由20-35份PMMA、10-15份电解质溶液、5-8份电致酸、3-5份酸响应材料、4-8份增塑剂、1-3份流平剂、1-3份透明剂固化形成；
所述导电薄膜由20-30份PMMA、8-12份电解质溶液、2-5份增塑剂固化形成；
所述离子储存薄膜由20-30份PMMA、8-12份电解质溶液、4-6份电致酸、2-5份增塑剂、1-3份流平剂固化形成；
所述透明导电层上贴有防刮膜。
作为优选实例，所述透明导电层为ITO导电玻璃。
作为优选实例，所述电致酸为对苯二胺、对苯二酚、芳香胺取代的脲类衍生物C17H21N3O、C19H25N3O其中的一种。
作为优选实例，所述电解质溶液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐溶液。
作为优选实例，所述酸响应材料为热（压）敏绿、黑色素、罗丹明衍生物C31H35N3O4、C31H35N3O4、偶氮苯类衍生物如甲基橙其中的一种。
作为优选实例，所述增塑剂为DOS、DOZ、DOA中的一种。
作为优选实例，所述流平剂为聚二甲基硅氧烷或丙烯酸酯。
作为优选实例，所述透明剂为二甲苯。
本发明的有益效果是：本发明通过电致酸与酸响应材料组合，在通电条件下使电致酸变色薄膜产生荧光及颜色变化，显色响应速度快、显示稳定，撤去电压后仍能稳定保持，改变施加电压方向，即可使电致变色薄膜恢复透明，能够重复使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：电致酸变色薄膜1，导电薄膜2，离子储存薄膜3，透明导电层4，防刮膜5。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种电致酸变色响应薄膜，包括依次叠放的电致酸变色薄膜1、导电薄膜2、离子储存薄膜3和两片分别盖在电致酸变色薄膜1、离子储存薄膜3上的透明导电层4。
透明导电层4上贴有防刮膜5。
实施例一
电致酸变色薄膜1由20份PMMA、10份电解质溶液、5份电致酸、3份酸响应材料、4份增塑剂、1份流平剂、1份透明剂固化形成；
导电薄膜2由20份PMMA、8份电解质溶液、2份增塑剂固化形成；
离子储存薄膜3由20份PMMA、8份电解质溶液、4份电致酸、2份增塑剂、1份流平剂固化形成。
实施例二
电致酸变色薄膜1由23份PMMA、11份电解质溶液、5份电致酸、3份酸响应材料、4份增塑剂、1份流平剂、1份透明剂固化形成；
导电薄膜2由22份PMMA、9份电解质溶液、3份增塑剂固化形成；
离子储存薄膜3由22份PMMA、9份电解质溶液、4份电致酸、3份增塑剂、1份流平剂固化形成。
实施例三
电致酸变色薄膜1由26份PMMA、12份电解质溶液、6份电致酸、4份酸响应材料、6份增塑剂、2份流平剂、2份透明剂固化形成；
导电薄膜2由24份PMMA、10份电解质溶液、4份增塑剂固化形成；
离子储存薄膜3由24份PMMA、10份电解质溶液、5份电致酸、2份增塑剂、2份流平剂固化形成。
实施例四
电致酸变色薄膜1由29份PMMA、14份电解质溶液、7份电致酸、5份酸响应材料、6份增塑剂、3份流平剂、3份透明剂固化形成；
导电薄膜2由27份PMMA、11份电解质溶液、5份增塑剂固化形成；
离子储存薄膜3由28份PMMA、11份电解质溶液、6份电致酸、5份增塑剂、3份流平剂固化形成。
实施例五
电致酸变色薄膜1由34份PMMA、15份电解质溶液、8份电致酸、5份酸响应材料、8份增塑剂、3份流平剂、3份透明剂固化形成；
导电薄膜2由29份PMMA、12份电解质溶液、5份增塑剂固化形成；
离子储存薄膜3由30份PMMA、12份电解质溶液、6份电致酸、5份增塑剂、3份流平剂固化形成。
在上述实施例中，透明导电层4为ITO导电玻璃。电致酸为对苯二胺、对苯二酚、芳香胺取代的脲类衍生物C17H21N3O、C19H25N3O其中的一种。电解质溶液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。酸响应材料为热（压）敏绿、黑色素、罗丹明衍生物C31H35N3O4、C31H35N3O4、偶氮苯类衍生物如甲基橙其中的一种。增塑剂为DOS、DOZ、DOA中的一种。流平剂为聚二甲基硅氧烷或丙烯酸酯。透明剂为二甲苯。
电致酸变色薄膜1、导电薄膜2、离子储存薄膜3通过PMMA、电解质溶液等固化形成后，其形成的薄膜具有导电性高、机械性能良好等优点。
本发明的原理如下：
将两片透明导电层4接入电极通电，电致酸在通电条件下发生氧化还原反应，从而改变酸度，因此酸响应材料发生颜色变化形成荧光，在电致酸变色薄膜1上产生新的发射峰，从而使薄膜上产生特定的图案或文字，在使用过程中，可将其与电子笔组合使用，当电子笔在上层透明导电层4移动时，在移动轨迹上产生颜色变化，从而形成文字，当电压撤去后，其颜色和荧光保持不变，基本没有衰减，能够稳定的保持。
当施加施加+1.0 V电压时，薄膜上产生了新的发射峰，并且伴随着新的吸收峰产生。当电压撤去，其颜色和荧光保持不变，基本没有衰减，这个现象不同于现在已经报道的电致变色器件。当再施加-0.8 V电压时，器件的荧光和颜色又可以可逆地消失。这种双稳态性质是节能显示器的最重要性质。值得注意的是，再撤去正电压之后，器件的荧光会缓慢增加，再保持不变；对于吸收，先降低再保持不变。其主要原因为：电致酸分子的氧化态在吸收峰处存在一定的吸收，在快速施加电压之后，部分没有发生分子间质子转移的氧化态电致酸分子需要回到初始态，所以吸收有部分降低。此现象也说明了只有发生质子转移的电致酸分子才可以稳定存在。通过吸收衰减的比例，我们也可以得出电致酸发生质子转移的比率为80%以上，转化率高。
在外接电压刺激下，不同刺激时间（0-90 ms）时电致变色薄膜的吸收强度随时间变化。当刺激时间为 50 ms 时，依然可以观察到吸收强度的变化。并且在 10 V/s的速度下，测试循环伏安曲线，依然可以观察到明显的颜色变化，通过电致酸与酸响应材料组合显色响应速度快，如非常短的响应时间 小于20ms，高的对比度300，高的着色效率180cm2/C以及非常好的可逆性（100000次以上）。这类材料的固态电致变色器件具有双稳态性质。
其中，离子存储层中电致酸的作用是使没有电致酸变色薄膜1的一侧电极上容易发生氧化还原反应，由于电致酸是电化学活性物质，能够进行氧化还原反应，因此在电致酸变色薄膜1发生氧化（还原）反应的同时，另一侧电极发生还原（氧化），能够加速氧化还原反应，使器件的性能如稳定性和速度等有所提升。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于：包括依次叠放的电致酸变色薄膜、导电薄膜、离子储存薄膜和两片分别盖在电致酸变色薄膜、离子储存薄膜上的透明导电层，
所述电致酸变色薄膜由20-35份PMMA、10-15份电解质溶液、5-8份电致酸、3-5份酸响应材料、4-8份增塑剂、1-3份流平剂、1-3份透明剂固化形成；
所述导电薄膜由20-30份PMMA、8-12份电解质溶液、2-5份增塑剂固化形成；
所述离子储存薄膜由20-30份PMMA、8-12份电解质溶液、4-6份电致酸、2-5份增塑剂、1-3份流平剂固化形成；
所述透明导电层上贴有防刮膜。
2.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述透明导电层为ITO导电玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述电致酸为对苯二胺、对苯二酚、芳香胺取代的脲类衍生物C17H21N3O、C19H25N3O其中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述电解质溶液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐溶液。
5.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述酸响应材料为热（压）敏绿、黑色素、罗丹明衍生物C31H35N3O4、C31H35N3O4、偶氮苯类衍生物如甲基橙其中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述增塑剂为DOS、DOZ、DOA中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述流平剂为聚二甲基硅氧烷或丙烯酸酯。
8.根据权利要求1所述的一种电致酸变色响应薄膜，其特征在于:所述透明剂为二甲苯。
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