CN109188819A - 一种柔性电致变色器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性电致变色器件及其制备方法，包括柔性基底，附着于柔性基底上的透明导电电极，电致变色电极，以及电极之间的凝胶电解质层，通过增材制造的方式得到上述电致变色器件，包括配制墨水；在预先绘制图案上，通过增材制造的方式在柔性透明导电基底上制备得到电极薄膜，干燥后得到电极薄膜图案，刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；将刮涂凝胶电解质后的两片电极薄膜相对贴合；封装得到电致变色器件。大大简化了电极的制备过程。且这种增材制备方案可以实现任意图案的制备，因而可以实现图案化电致变色器件的制备，大大扩展了电致变色器件的适用领域。

Description

一种柔性电致变色器件及其制备方法
技术领域
本发明属于光学器件领域，具体涉及一种柔性光学器件，尤其涉及一种柔性电致变色器件及其制备工艺。
背景技术
电致变色是材料的光学属性(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。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色材料在智能窗、护目镜、汽车防眩目后视镜、显示器等领域有广泛的应用。相比于液晶和悬浮粒子调光，电致变色具有颜色可调、能耗低、记忆效应等优势。
而近年来，随着有机电子器件的发展以及柔性基质材料的发展，柔性电子器件应运而生。具体的柔性电子器件是指采用柔性材料制成的电子器件，具有良好的柔韧性、延展性，甚至可以自由弯曲、折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，新型柔性电子器件已经在电子皮肤、健康监测、电子电工、运动器材、纺织品、环境监测等领域显示出巨大的应用价值，成为当前热门研究领域之一并取得了迅猛发展。
目前制备柔性电致变色器件方法多采用电化学方法、化学原位聚合法等，例如，CN107778458A公开了聚二溴丙氧基噻吩品红色-透明电致变色材料及制备方法、组件与应用，包括以下步骤：
步骤1、将3,4-二甲氧基噻吩、3-溴-1-丙醇、对甲基苯磺酸和甲苯加入上方连接内含分子筛的索氏提取器的烧瓶中，将混合物加热回流过夜，然后冷却至室温，水洗、无水硫酸钠干燥后旋转蒸发除去溶剂，粗产物经柱层析得到白色固体，得二溴丙氧基噻吩；
步骤2、将二溴丙氧基噻吩、LiClO4溶解于乙腈，置于三电极电解池中，采用循环伏安法进行电化学聚合，得到聚二溴丙氧基噻吩。
所述步骤2中电化学聚合具体是以ITO导电玻璃为工作电极，Pt丝为对电极，Ag丝为参比电极，使用CHI600E电化学分析仪通过在氮气保护下0-1.6V连续循环伏安扫描20-35次。
而CN102436110B公开了一种柔性电致变色器件，柔性电致变色器件制备时，首先在多孔薄膜衬底4上蒸镀厚度为50nm～1000nm的金膜3，然后在金膜3表面采用电化学方法或化学原位聚合法沉积电致变色薄膜2，最后将透明柔性薄膜1、电致变色薄膜2、厚度为50nm～1000nm的金膜3、多孔薄膜衬底4、吸附了电解液的多孔薄膜材料5和柔性下电极6层叠后封装，即可得到本发明所述柔性电致变色器件。
通过上述现有技术可知，采用电化学方法沉积电致变色薄膜，施加在ITO电极的电压因为ITO方阻较大而变得不均匀，容易导致ITO薄膜上的电致变色层不均匀，且附着力较差。化学原位聚合法具有制备过程复杂，条件苛刻等缺点。
除了上述缺点外，电化学方法和化学原位聚合法还存在难以实现大面积、且不能随意图形化等特点，因而难以实现大面积定制化的电致变色器件制备。为了克服上述缺陷，本发明提供一种增材制造柔性电致变色器件以及制备方法。
发明内容
本发明目的在于克服上述柔性电致变色器件制备工艺复杂、成本高，难以图形化等缺点，提供一种柔性电致变色器件以及制备方法，通过使用增材制造技术包括点胶、喷墨打印、丝网印刷等方式，实现图案化柔性电致变色器件的制备。
根据本发明的一方面，提供一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制墨水；
(2)预先绘制图案；
(3)依据步骤(2)预先绘制的图案，通过增材制造的方式在柔性透明导电基底上制备得到电极薄膜；
(4)干燥步骤(3)制得的导电薄膜得到电极薄膜图案；
(5)在步骤(4)制得的电极薄膜表面上刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；
(6)将刮涂凝胶电解质后的两片电极薄膜相对贴合；
(7)边缘部分封装得到电致变色器件。
优选的，墨水为PEDOT：PSS墨水、聚苯胺墨水、聚吡咯墨水、氧化钨墨水或普鲁士蓝墨水。
优选的，其中增材制造的方式为喷墨打印、点胶、丝网印刷
优选的，墨水为PEDOT：PSS墨水，其制备方法为：称取PEDOT：PSS粉末放置于玻璃瓶中，将去离子水加入上述玻璃瓶中搅拌，制备得到PEDOT：PSS墨水。
优选的，其中墨水为0.5％-20％浓度的PEDOT：PSS墨水。
优选的，其中墨水浓度优选为1％-5％。
优选的，其中干燥温度为60-200℃，干燥时间为0.5h-2h。
根据本发明的另一方面，提供一种柔性电致变色器件，其结构包括柔性基底，附着于柔性基底上的透明导电电极，电致变色电极，以及电极之间的凝胶电解质层。
优选的，所述柔性基底为塑料薄膜。
优选的，所述塑料薄膜为PET、PEN、PI基底。
优选的，所述电致变色电极为导电聚合物及衍生物、金属氧化物或金属络合物。
优选的，所述凝胶电解质为有机凝胶电解质或水系凝胶电解质。
优选的，所述凝胶电解质为有机凝胶电解质，包括PMMA、高氯酸锂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
相比较于传统的电化学方法和化学聚合方法等采用电致变色电极前驱体为原料，通过后续的反应制备形成电致变色电极薄膜。
本发明采用电致变色电极的分散液作为原料，大大简化了电极的制备过程。且这种增材制备方案可以实现任意图案的制备，因而可以实现图案化电致变色器件的制备，大大扩展了电致变色器件的适用领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式详细介绍本发明的内容。
本发明提出的一种柔性电致变色器件，其特征在于，所述柔性电致变色器件结构包括柔性基底，附着于柔性基底上的透明导电电极，电致变色电极，以及电极之间的凝胶电解质层。
所述的柔性基底为塑料薄膜，优选为PET、PEN、PI等塑料薄膜，
所述的透明导电电极为ITO。
所述的电致变色电极为导电聚合物或其衍生物，优选为PEDOT：PSS、聚苯胺或聚吡咯。
所述的凝胶电解质为有机凝胶电解质，包括PMMA、高氯酸锂。
其制备方法为：配制墨水；在预先绘制图案上，通过增材制造的方式在柔性基底上制备得到导电薄膜，干燥后得到电极薄膜图案，刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；将刮涂凝胶电解质后的两片电极薄膜相对贴合；封装得到电致变色器件。
实施例1
一种柔性电致变色器件的制备方法，所述方法包括如下步骤：
墨水配置：称取0.03g的PEDOT：PSS粉末放置于10ml的玻璃瓶中。通过移液枪量取2.97g的去离子水，缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌2小时，制备1％浓度的PEDOT：PSS墨水；
以ITO/PET膜为基体，绘制打印图形，喷墨打印上述配置的PEDOT：PSS基墨水；
120℃干燥1h后得到PEDOT：PSS电极图案；
在电极膜表面刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；
将刮涂凝胶电解质的两片电极薄膜相对贴合，将贴合过程中产生的气泡挤出，避免电极间的直接接触形成短路；
将组装完成的电致变色器件的边缘部分使用封装胶进行封装。
实施例2
一种柔性电致变色器件的制备方法，所述方法包括如下步骤：
墨水配置：称取0.05g的PEDOT：PSS粉末放置于10ml的玻璃瓶中。通过移液枪量取0.95g的去离子水，缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌2小时，制备5％浓度的PEDOT：PSS墨水；
通过丝网印刷方式在ITO/PET基底上丝网印刷PEDOT：PSS基墨水，丝网印刷版图案预先定制，目数为300目；
120℃干燥1h后得到PEDOT：PSS电极图案；
在两片不同电极图案的电极膜的表面刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；
将两片已经刮涂凝胶电解质的电极薄膜相对贴合在一起，将贴合过程中产生的气泡挤出，避免电极间的直接接触形成短路；
将组装完成的电致变色器件的边缘部分使用封装胶进行封装。
实施例3
墨水配置：称取0.1g的聚苯胺粉末放置于10ml的玻璃瓶中。通过移液枪量取0.9g的去离子水，缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌3小时，制备10％浓度的聚苯胺墨水；
以ITO/PEN膜为基体，绘制打印图形，喷墨打印上述配置的聚苯胺基墨水；
100℃干燥1.5h后得到聚苯胺电极图案；
在两片不同电极图案的电极膜的表面刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；
将两片已经刮涂凝胶电解质的电极薄膜相对贴合在一起，将贴合过程中产生的气泡挤出，避免电极间的直接接触形成短路；
将组装完成的电致变色器件的边缘部分使用封装胶进行封装。
本文中的具体实施方式仅是本发明的几个比较典型实施例，但是这样的描述并不用来以任何方式限定本发明，凡是本权利要求所保护的半导体柔性光敏器件及制备方法范畴内均属于本发明范畴。

Claims (10)

1.一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制墨水；
(2)预先绘制图案；
(3)依据步骤(2)预先绘制的图案，通过增材制造的方式在柔性透明导电基底上制备得到电极薄膜；
(4)干燥步骤(3)制得的导电薄膜得到电极薄膜图案；
(5)在步骤(4)制得的电极薄膜表面上刮涂凝胶电解质溶液，形成凝胶电解质；
(6)将刮涂凝胶电解质后的两片电极薄膜相对贴合；
(7)边缘部分封装得到电致变色器件。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中墨水为PEDOT：PSS墨水、聚苯胺墨水、聚吡咯墨水、氧化钨墨水或普鲁士蓝墨水等。
3.如权利要求2所述的制备方法，墨水为PEDOT：PSS墨水，其制备方法为：称取PEDOT：PSS粉末放置于玻璃瓶中，将去离子水加入上述玻璃瓶中搅拌，制备得到PEDOT：PSS墨水。
4.如权利要求1-3任一所述的制备方法，其中墨水为0.5％-20％浓度的PEDOT：PSS墨水。
5.如权利要求4所述的制备方法，其中墨水浓度优选为1％-5％。
6.如权利要求1-5任一所述的制备方法，其中增材制造的方式为喷墨打印、点胶、丝网印刷。
7.一种柔性电致变色器件，其特征在于采用如权利要求1-6中的方法制备得到，其结构包括柔性基底，附着于柔性基底上的透明导电电极，电致变色电极，以及电极之间的凝胶电解质层。
8.如权利要求7所述的器件，所述柔性基底为塑料薄膜。
9.如权利要求8所述的器件，所述电致变色电极为导电聚合物或其衍生物、或金属氧化物、络合物。
10.如权利要求9所述的器件，所述凝胶电解质为有机凝胶电解质或水系凝胶电解质。
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