CN110262152A - 一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法 - Google Patents

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张�诚
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Abstract

本发明公开了一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法。所述的电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3‑甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸薄膜。本发明所制备的电致变色器件与现有的电致变色器件相比，具有可逆的颜色变化、高对比度、较快的响应时间、功耗低等优点。其可显示从红色到蓝色的颜色变化，光学对比度可达31.1％，响应时间为0.94s，在显示器件领域(如手机后壳、电子标签、电子纸)具有很好的应用前景。

Description

一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法
(一)技术领域
本发明属于电致变色材料技术领域，特别是涉及一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法。
(二)背景技术
电致变色器件是一种在外加电压的作用下能够发生可逆的、持久的光学性质变化的器件，具体包括颜色、透过率和对比度的可逆变化。电致变色器件通常由五层结构组成，分别是电致变色层、离子储存层、电解质层和两层透明导电层。其中，透明导电层是电子导电体，外界电源通过它们为器件施加变色时所需的电压；电解质层在整个器件中起到为正负极提供离子传输通道的作用，同时还可以隔离正负极材料，防止器件出现短路现象；电致变色层主要体现在材料颜色的变化，在充放电过程中呈现着色和褪色的效果，同时，离子存储层为电致变色层提供和储存变色所需的离子，它们是离子和电子的混合导体，除此之外，在颜色变化上，离子储存层通常使用与电致变色层颜色相匹配的材料，将这样两种性质的材料组装在一个器件中能很好地实现它们的协同变色作用，即正负极材料着色互相叠加。
电致变色层由电致变色材料进行制备，电致变色材料可分为无机电致变色材料和有机电致变色材料，早期的电致变色材料多为无机电致变色材料，例如WO3、TiO2和V2O5等，无机电致变色材料具有较好的稳定性和对比度，但颜色单一且响应速度慢；有机电致变色材料(包括有机小分子和导电聚合物)，其结构种类多且易修饰，加工性能好，响应速度快等优点，得到了广泛的关注和研究，成为新一代电致变色显示材料的重要发展方向。聚噻吩及其衍生物，由于其在掺杂与脱掺杂时具有良好的环境稳定性及结构的多样性，而成为研究最多的电致变色材料体系。由于聚3-甲基噻吩结构简单，响应速度快以及颜色变化明显(红色到蓝色的转换)等优点，得到了广泛的关注和研究。
聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)是一种水溶性的高分子聚合物，导电率很高，通常作为电极或界面层材料应用于有机光伏、电致发光、电致变色器件。此外，PEDOT:PSS在负电压具有优异的氧化还原特性，具有优异的阳离子储存能力，且可实现从透明到蓝色的颜色变化。因此，PEDOT：PSS的电压或是颜色都与聚3-甲基噻吩有较好的匹配性，将其作为器件的离子储存层，有望获得高颜色对比度的电致变色器件。本发明涉及的电致变色器件具有制备过程简便、价格低廉、颜色对比度高、响应时间短、功耗低等优点，在显示器件领域(如手机后壳、电子标签、电子纸)具有很好的应用前景。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种高颜色对比电致变色器件及其组装方法。
下面对本发明的技术方案做具体说明：
一种电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3-甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜；
进一步，所述的基底I和基底II各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯(PET)、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)，优选为玻璃。
进一步，所述的透明导电层I和透明导电层II各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡、导电银纳米线或导电PET薄膜，优选为氧化铟锡。
进一步，所述的电解质层按照如下方法进行制备：
将聚合物基体和增塑剂放入烘箱中加热溶胀直至均一稳定的溶液状态，再加入电解质溶液，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成除去部分溶剂，最终得到聚合物凝胶电解质；所述的聚合物基体、增塑剂、电解质的质量比为1：5：0.1～1。
再进一步，所述的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈，优选为PMMA；
再进一步，所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯，优选碳酸丙烯酯。
再进一步，所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。
进一步，所述的电致变色层的制备方法为：
将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L。
再进一步，所述的支持电解质为常用四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，优选为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)。
再进一步，所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷或碳酸丙烯酯，优选电解溶剂为乙腈。
再进一步，所述的参比电极是银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极，优选为银-氯化银电极；所述的对电极为铂、钛或不锈钢，优选为铂。
进一步，所述的离子储存层按照如下方法进行制备：
将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜，在40～80℃干燥下干燥6～12h，即在所述的导电基底II上得到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层；所述的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸与去离子水的质量比为1：1～3。
进一步，所述的刮涂法中，刮刀的厚度为20～120μm。
所述的电致变色器件的组装方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：
(1)将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜，在40～80℃干燥下干燥6～12h，即在所述的导电基底II上得到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层；所述的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸与去离子水的质量比为1：1～3；
(2)将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底I上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L；所述的支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷或碳酸丙烯酯；所述的参比电极是银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极；所述的对电极为铂、钛或不锈钢；
(3)将聚合物基体和增塑剂放入烘箱中加热溶胀直至均一稳定的溶液状态，再加入电解质溶液，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成除去部分溶剂，最终得到聚合物凝胶电解质；所述的聚合物基体、增塑剂、电解质的质量比为1：5：0.1～1；所述的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈；所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯；所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；
(4)将步骤(1)得到的覆有聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层的导电基底II上布置有与所述的导电基底II相匹配的胶框，然后向所述的胶框内灌满步骤(3)所得聚合物凝胶电解质，然后将步骤(2)所得覆有电致变色层的导电基底I盖在所述的胶框上，确保所述的导电基底I的电致变色层和导电基底II的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层分别与胶框的两侧紧密贴合并与胶框形成密闭空间，然后放入烘箱于40～60℃下干燥得到电致变色器件。
本发明提供的电致变色器件具有可逆的还原/氧化变色现象，颜色对比度高，响应时间短，当电压从零到正，颜色由红色变为蓝色；施加反向电压，颜色由蓝色变为红色。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明将聚3-甲基噻吩作为电致变色层，PEDOT：PSS作为离子储存层所制备的电致变色器件与现有的其他电致变色器件相比，具有可逆的颜色变化、响应时间快、较好稳定性，其对比度可达31.1％，响应时间为0.94s，且具有较好记忆效应和较低的功耗，在显示器件领域(如手机后壳、电子标签、电子纸)具有很好的应用前景。
附图说明
图1为电致变色器件的色度数据。
图2为电致变色器件不同电压下透过率曲线。
图3为电致变色器件不同波长下的对比度和响应时间图。
图4为电致变色器件的稳定性图。
图5为电致变色器件的所消耗的功率图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：电致变色层的制备
预先经过干燥处理的50mL烧杯作为三电极电解池，加入25mL含有10-1mol/L 3-甲基噻吩和10-1mol/L 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/乙腈溶液作为电解溶液，ITO玻璃作为工作电极，铂丝作为对电极，银-氯化银电极作为参比电极，采用恒电位聚合法进行聚合，聚合电压2V，聚合电量为0.4C。待聚合完成后，将附有聚3-甲基噻吩薄膜的ITO电极在二氯甲烷中清洗30s，用N2吹干后得到电致变色层。
实施例2：离子储存层的制备
在预先经过干燥处理的研钵中加入0.5g PEDOT:PSS和1g去离子水，充分研磨至无固体颗粒，将研磨好的上述混合物涂在ITO玻璃的导电面，用厚度为20μm的刮刀进行刮涂，待刮涂完成后，将附有PEDOT:PSS薄膜的ITO电极置于60℃烘箱中干燥8小时，得到离子储存层。
实施例3：电解质的制备
在预先经过干燥处理的样品瓶中加入2gPMMA和10gPC，将该样品瓶密封至于80℃烘箱中溶胀24h,随后加入2gLiClO4,和10g二氯甲烷，放入超声仪中超声使之充分混合均匀，旋蒸除去部分溶剂，得到所需的凝胶电解质。
实施例4：器件的组装
将3M胶剪成略小于导电基底的胶框，将其贴在附有式(A)所示的聚3-甲基噻吩的ITO导电玻璃的外围；用滴管沿着胶框内的四周灌上电解质，待电解质平铺均匀后，将附有式(B)所示PEDOT:PSS的ITO导电玻璃对面紧密贴合；放入40℃烘箱干燥24h得到电致变色器件。
实施例5：电致变色器件的电致变色性质
将实施例4中制备的电致变色器件进行测试，附有聚3-甲基噻吩薄膜的ITO玻璃为正极，对电极和参比电极为附有PEDOT：PSS薄膜的ITO玻璃为负极。采用恒电位进行测试，测试的正向电压为1.6V，测试的负向电压为-1.4V，扫描速度为100mV/s。附图1中，数据1为无电压的色度数据，数据2为正压1.6V的色度数据，数据3为负压1.4V的数据，可观察到无电压为红色，正向电压下薄膜的颜色为深蓝色，负向电压下薄膜的颜色为深红色。
为了检测电致变色器件的全波段透过率，我们将实施例4中制备的电致变色器件放入紫外光谱仪中，其中附有聚3-甲基噻吩薄膜的ITO玻璃为正极，附有PEDOT:PSS薄膜的ITO玻璃为负极。采用电化学工作站与紫外光谱仪联用技术，电化学工作站设置为恒电位法，紫外光谱设置为紫外可见吸收，扫描范围为1100～350nm。最终得到的数据如附图2所示，中性态0V的条件下，器件在470nm处有一个强吸收峰，该器件表现出红色，当正向电压继续增大时，该吸收峰强度逐渐减小，而在640nm处出现新的吸收峰，该器件表现出蓝色，当电压逐渐增大在640nm处的吸收峰逐渐增强，该器件表现出深蓝色；当负向电压继续增大时，在470nm处的吸收峰逐渐增强，该器件表现出更深的红色。
为了检测电致变色器件的对比度和响应时间，我们采用电化学工作站与紫外光谱仪联用技术，电化学工作站设置为电位阶跃法：初始电位为-1.4V，终止电位为1.6V，电位脉冲宽度为5s，扫描时间为200s；紫外光谱设置为光谱动力学，波长分别设置为470nm、640nm和760nm。最终得到的数据如附图3所示，可以看出，在470nm、640nm和760nm处，电致变色器件的对比度分别为27.8％、31.1％和12％。从附图3可以看出640nm处的着色时间为0.94s，褪色时间为1.58s。
为了检测电致变色器件的稳定性，我们采用电化学工作站与紫外光谱仪联用技术，电化学工作站设置为电位阶跃法：初始电位为-1.4V，终止电位为1.6V，电位脉冲宽度为5s，扫描时间为20000s；紫外光谱设置为光谱动力学，波长设置为在640nm，得到在第0、100、200、300和800次循环后测得其对比度大小，最终得到的数据如图4所示，从图4可以看出，该器件稳定性较好，在循环800次后，器件仍能继续进行变色。
为了检测电致变色器件在着色和褪色时所消耗的功率，我们采用电位阶跃法进行测试，电化学工作站设置为：初始电位为-1.4V，终止电位为1.6V，电位脉冲宽度为5s，扫描时间为50s，得到如附图5所示的结果，该器件在着色时的最大功率为0.016W，平均功率为0.0012W；褪色时的最大功率为P＝0.014W，平均功率为0.0042W，因此该电致变色器件功耗非常低。

Claims (10)

1.一种高颜色对比度的电致变色器件，其特征在于：所述的电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3-甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜；
2.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的基底I和基底II各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷。
3.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的透明导电层I和透明导电层II各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡、导电银纳米线或导电PET薄膜。
4.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的电解质层按照如下方法进行制备：
将聚合物基体和增塑剂放入烘箱中加热溶胀直至均一稳定的溶液状态，再加入电解质溶液，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成除去部分溶剂，最终得到聚合物凝胶电解质；所述的聚合物基体、增塑剂、电解质的质量比为1：5：0.1～1。
5.如权利要求4所述的电致变色器件，其特征在于：所述的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈。
6.如权利要求4所述的电致变色器件，其特征在于：所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯；所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。
7.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的电致变色层的制备方法为：
将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L。
8.如权利要求7所述的电致变色器件，其特征在于：所述的支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷或碳酸丙烯酯；所述的参比电极是银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极；所述的对电极为铂、钛或不锈钢。
9.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的离子储存层按照如下方法进行制备：
将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜，在40～80℃干燥下干燥6～12h，即在所述的导电基底II上得到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层；所述的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸与去离子水的质量比为1：1～3。
10.一种如权利要求1～9之一所述的电致变色器件的组装方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：
(1)将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜，在40～80℃干燥下干燥6～12h，即在所述的导电基底II上得到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层；所述的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸与去离子水的质量比为1：1～3；
(2)将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底I上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L；所述的支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷或碳酸丙烯酯；所述的参比电极是银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极；所述的对电极为铂、钛或不锈钢；
(3)将聚合物基体和增塑剂放入烘箱中加热溶胀直至均一稳定的溶液状态，再加入电解质溶液，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成除去部分溶剂，最终得到聚合物凝胶电解质；所述的聚合物基体、增塑剂、电解质的质量比为1：5：0.1～1；所述的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈；所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯；所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；
(4)将步骤(1)得到的覆有聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层的导电基底II上布置有与所述的导电基底II相匹配的胶框，然后向所述的胶框内灌满步骤(3)所得聚合物凝胶电解质，然后将步骤(2)所得覆有电致变色层的导电基底I盖在所述的胶框上，确保所述的导电基底I的电致变色层和导电基底II的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层分别与胶框的两侧紧密贴合并与胶框形成密闭空间，然后放入烘箱于40～60℃下干燥得到电致变色器件。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716360A (zh) * 2019-09-24 2020-01-21 浙江工业大学 一种高性能全固态聚合物电致变色器件及其制备方法
CN110928095A (zh) * 2019-11-14 2020-03-27 浙江工业大学 一种能够实现在任意颜色之间转变的双电致变色层器件及组装方法
CN111078174A (zh) * 2019-12-13 2020-04-28 电子科技大学中山学院 一种计算电子纸彩色转换时间系统及其应用
CN111169525A (zh) * 2020-01-20 2020-05-19 重庆长安汽车股份有限公司 一种变色方向盘
CN111308824A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 天津大学 基于AgNWs柔性双层电致变色器件及其制备方法
CN112297699A (zh) * 2020-11-11 2021-02-02 陕西科技大学 基于皮革设计多响应变色图案的制备方法
CN112327555A (zh) * 2020-11-20 2021-02-05 浙江工业大学 一种电致变色器件及其制备方法和在智能窗中的应用
CN112759727A (zh) * 2021-01-19 2021-05-07 中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院 一种改性聚合物、聚合物电解质及其制备方法和应用
CN112764285A (zh) * 2021-01-07 2021-05-07 浙江工业大学 一种基于聚乙烯醇-聚丙烯酸水凝胶电解质的电致变色器件及其制备方法与应用
CN113419390A (zh) * 2021-06-09 2021-09-21 江南大学 一种双稳态电致变色薄膜及节能显示器件
CN113495392A (zh) * 2020-04-01 2021-10-12 深圳市光羿科技有限公司 一种电致变色器件及其变色方法
CN116360172A (zh) * 2023-03-07 2023-06-30 深圳谱晶科技有限公司 氧化还原变色玻璃

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050068603A1 (en) * 2002-03-07 2005-03-31 Magnus Berggren Electrochemical device
GB0721336D0 (en) * 2007-10-30 2007-12-12 Univ Muenster Wilhelms Method and apparatus for the time controlled activation of elements
CN101781094A (zh) * 2009-01-16 2010-07-21 中国科学院理化技术研究所 在导电玻璃表面直接制备聚(3,4)二氧乙基-噻吩薄膜的方法
CN102369478A (zh) * 2009-03-31 2012-03-07 康涅狄格大学 柔性电致变色装置、其电极及制造方法
CN102759835A (zh) * 2012-07-18 2012-10-31 西安科技大学 一种纤维状柔性电致变色器件及其制备方法
CN102870040A (zh) * 2010-03-25 2013-01-09 康涅狄格大学 用于固态器件的共轭聚合物的形成
CN102967979A (zh) * 2012-11-29 2013-03-13 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 一种主动矩阵显示器件
CN103257500A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所 一种反射型电致变色织物及其制备方法
WO2016161147A1 (en) * 2015-04-03 2016-10-06 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Conductive polymeric compositions and applications
US20180238517A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-23 GM Global Technology Operations LLC Application of electrochromic polymers as color and opacity light filters
CN109293889A (zh) * 2018-08-29 2019-02-01 浙江工业大学 一种聚3,4-乙烯二氧噻吩纳米网状薄膜pedot-td及其制备方法与应用
CN109651602A (zh) * 2018-12-12 2019-04-19 浙江工业大学 一种快速响应电致变色ptbtpa薄膜的制备方法
CN109683414A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 浙江工业大学 一种基于pedot:pss的高稳定性电致变色器件的制备方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050068603A1 (en) * 2002-03-07 2005-03-31 Magnus Berggren Electrochemical device
GB0721336D0 (en) * 2007-10-30 2007-12-12 Univ Muenster Wilhelms Method and apparatus for the time controlled activation of elements
CN101781094A (zh) * 2009-01-16 2010-07-21 中国科学院理化技术研究所 在导电玻璃表面直接制备聚(3,4)二氧乙基-噻吩薄膜的方法
CN102369478A (zh) * 2009-03-31 2012-03-07 康涅狄格大学 柔性电致变色装置、其电极及制造方法
CN102870040A (zh) * 2010-03-25 2013-01-09 康涅狄格大学 用于固态器件的共轭聚合物的形成
CN103257500A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所 一种反射型电致变色织物及其制备方法
CN102759835A (zh) * 2012-07-18 2012-10-31 西安科技大学 一种纤维状柔性电致变色器件及其制备方法
CN102967979A (zh) * 2012-11-29 2013-03-13 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 一种主动矩阵显示器件
WO2016161147A1 (en) * 2015-04-03 2016-10-06 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Conductive polymeric compositions and applications
US20180238517A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-23 GM Global Technology Operations LLC Application of electrochromic polymers as color and opacity light filters
CN109293889A (zh) * 2018-08-29 2019-02-01 浙江工业大学 一种聚3,4-乙烯二氧噻吩纳米网状薄膜pedot-td及其制备方法与应用
CN109651602A (zh) * 2018-12-12 2019-04-19 浙江工业大学 一种快速响应电致变色ptbtpa薄膜的制备方法
CN109683414A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 浙江工业大学 一种基于pedot:pss的高稳定性电致变色器件的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EMERSON DA COSTA RIOS: "Electrochromic devices based on poly(3-methylthiophene) and various secondary electrochromic materials", 《SOLAR ENERGY MATERIALS & SOLAR CELLS》 *
SHIH-WEN HUANG: "An all-thiophene electrochromic device fabricated with poly(3-methylthiophene) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene)", 《SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS》 *
李晓丽: "聚3-甲基噻吩的合成及其电致变色性能的研究", 《绿色科技》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716360B (zh) * 2019-09-24 2022-01-14 浙江工业大学 一种高性能全固态聚合物电致变色器件及其制备方法
CN110716360A (zh) * 2019-09-24 2020-01-21 浙江工业大学 一种高性能全固态聚合物电致变色器件及其制备方法
CN110928095A (zh) * 2019-11-14 2020-03-27 浙江工业大学 一种能够实现在任意颜色之间转变的双电致变色层器件及组装方法
CN111078174A (zh) * 2019-12-13 2020-04-28 电子科技大学中山学院 一种计算电子纸彩色转换时间系统及其应用
CN111169525A (zh) * 2020-01-20 2020-05-19 重庆长安汽车股份有限公司 一种变色方向盘
CN111169525B (zh) * 2020-01-20 2022-06-03 重庆长安汽车股份有限公司 一种变色方向盘
CN111308824A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 天津大学 基于AgNWs柔性双层电致变色器件及其制备方法
CN113495392B (zh) * 2020-04-01 2023-06-16 深圳市光羿科技有限公司 一种电致变色器件及其变色方法
CN113495392A (zh) * 2020-04-01 2021-10-12 深圳市光羿科技有限公司 一种电致变色器件及其变色方法
CN112297699A (zh) * 2020-11-11 2021-02-02 陕西科技大学 基于皮革设计多响应变色图案的制备方法
CN112327555A (zh) * 2020-11-20 2021-02-05 浙江工业大学 一种电致变色器件及其制备方法和在智能窗中的应用
CN112764285A (zh) * 2021-01-07 2021-05-07 浙江工业大学 一种基于聚乙烯醇-聚丙烯酸水凝胶电解质的电致变色器件及其制备方法与应用
CN112759727A (zh) * 2021-01-19 2021-05-07 中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院 一种改性聚合物、聚合物电解质及其制备方法和应用
CN113419390B (zh) * 2021-06-09 2022-05-31 江南大学 一种双稳态电致变色薄膜及节能显示器件
CN113419390A (zh) * 2021-06-09 2021-09-21 江南大学 一种双稳态电致变色薄膜及节能显示器件
CN116360172A (zh) * 2023-03-07 2023-06-30 深圳谱晶科技有限公司 氧化还原变色玻璃

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