CN110632803A - 一种柔性电致变色器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种柔性电致变色器件及其制备方法属于电致变色技术领域，所述的柔性电致变色器件，由两层柔性透明导电电极以及附着于两层导电电极之间的电致变色凝胶构成，其制备方法包括电致变色凝胶的制备和柔性电致变色器件的制备。本发明将电致变色层和电解质层复合，制备了电致变色凝胶，不仅有效的简化了电致变色器件的结构，降低了制造成本，同时有助于离子传输，提高了电致变色性能。此外，基于电致变色凝胶材料制备的器件具有柔性可拉伸等特点。

Description

一种柔性电致变色器件及其制备方法
技术领域
本发明属于电致变色技术领域，涉及一种固态电致变色器件及其制备方法与应用。
背景技术
电致变色是指物质在正负或高低电压等外电场的作用下，在宏观上发生颜色或透明度的可逆变化，即材料的透过率或者反射率等光学性能发生变化。电致变色器件就是基于电致变色材料的上述特性而实现的，并且被广泛应用于智能窗、无炫反光镜、显示器以及军事等领域。传统的电致变色器件多是由玻璃基底制成的刚性电子器件。近年来，随着可穿戴及随身电子设备的迅猛发展，薄而轻、耐用、可弯折的柔性电致变色器件引起了广泛的关注。目前，对于电致变色器件的研究重点逐渐从固态的刚性器件转移到以柔性材料及器件为基础、以可穿戴智能应用为导向的柔性电致变色方向上来。
电致变色器件通常具有多层结构，包括离子存储层、电致变色层、离子导电层和两层透明导电层。凝胶材料具有与电极材料间的反应活性低、质量轻、易成膜、柔性可拉伸等特点，是构筑柔性电致变色器件的理想材料。目前水凝胶在电致变色器件中应用主要集中于凝胶电解质，电致变色材料通常以薄膜的形式附着在电极上或以小分子的形式游离在电解质中，存在薄膜易脱落且响应速度慢的问题。如果将电解质以及电致变色功能材料均固定在水凝胶网络结构中，不仅可以提高变色响应速度，并且水凝胶的粘附性能够有效避免电致变色薄膜从电极脱落。此外，复合电解质层与电致变色层，大大简化了电致变色器件的结构，降低了器件制作成本；同时以水作溶剂，环境友好无污染，符合当今社会节能环保的理念。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于柔性透明电致变色凝胶的电致变色器件制作方法，所制备的电致变色器件结构简单且柔性可拉伸。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种柔性电致变色器件，由两层柔性透明导电电极以及附着于两层导电电极之间的电致变色凝胶构成。
一种柔性电致变色器件的制备方法，有以下步骤：
1)电致变色凝胶的制备：
将电解质加入到去离子水中，充分搅拌溶解得到电解质溶液，加入聚合物单体、交联剂、引发剂和催化剂，充分搅拌得到混合溶液；将电致变色材料加入混合溶液中，搅拌使其混合均匀，得到电致变色凝胶溶液；
2)柔性电致变色器件的制备：
将步骤1)中得到的电致变色凝胶溶液滴涂到夹有硅胶垫片的导电电极上，烘箱中加热1～5小时，得到电致变色凝胶层；另取一片具有相同材质的导电电极覆在电致变色凝胶层上，封装得到电致变色器件。
步骤1)中所述的电解质优选氯化锂(LiCl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)或氯化钙(CaCl2)；电解质溶液浓度优选0.5～10mol/L。
步骤1)中所述的聚合物单体优选丙烯酰胺(AAm)、丙烯酸(AA)或异丙基丙烯酰胺(NIPAm)；聚合物单体溶液的质量分数优选1％～25％。
步骤1)中所述的交联剂优选N,N-亚甲基双丙烯酰胺，其相对于聚合物单体的质量分数优选0.001～0.1％。
步骤1)中所述的引发剂优选过硫酸铵，其相对于聚合物单体的质量分数优选0.001～0.01％。
步骤1)中所述的催化剂优选N,N,N',N'-四甲基二乙胺，其相对于聚合物单体的质量分数优选0.001～0.6％。
步骤1)中所述的电致变色材料优选杂多酸，其浓度优选0.02～0.06mol/L。
步骤2)中所述的柔性透明电极优选FTO(氧化氟锡)薄膜或ITO(氧化铟锡)薄膜中的一种。
有益效果：
本发明将电致变色层和电解质层复合，制备了电致变色凝胶，不仅有效的简化了电致变色器件的结构，降低了制造成本，同时有助于离子传输，提高了电致变色性能。此外，基于电致变色凝胶材料制备的器件具有柔性可拉伸等特点。
附图说明
附图1是本发明电致变色器件的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面以具体实施例的方式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
实施例1
(1)电致变色凝胶的制备：
将8.49g氯化锂加入20mL水中，充分搅拌溶解得到电解质溶液；将3.555g丙烯酰胺加入上述溶液中，搅拌至其溶解，之后分别加入0.0025g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.004g过硫酸铵以及10μL N,N,N',N'-四甲基二乙胺，混合均匀；最后加入0.02mol/L的钨多酸钾，继续搅拌1～3h使其全部溶解，得到电致变色凝胶预聚体溶液。
(2)柔性电致变色器件的制备：
首先，将ITO薄膜导电电极依次用去离子水、丙酮以及异丙醇分别超声清洗15min，氮气吹干待用；将电致变色凝胶预聚体溶液注入夹在导电电极上的硅胶垫空格中，40℃下加热2h，得到电致变色凝胶层；之后取另一片ITO导电薄膜覆在电致变色层上，使用双面胶封装得到电致变色器件。
实施例2
(1)电致变色凝胶的制备：
将11.69g氯化钠加入20mL水中，充分搅拌溶解得到电解质溶液；将3.61g丙烯酸加入上述溶液中，搅拌至其溶解，之后分别加入0.0025g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.004g过硫酸铵以及10μL N,N,N',N'-四甲基二乙胺，混合均匀；最后加入0.02mol/L的钨多酸钾，继续搅拌1～3h使其全部溶解，得到电致变色凝胶预聚体溶液。
(2)柔性电致变色器件的制备：
首先，将FTO薄膜导电电极依次用去离子水、丙酮以及异丙醇分别超声清洗15min，氮气吹干待用；将电致变色凝胶预聚体溶液注入夹在导电电极上的硅胶垫空格中，40℃下加热2h，得到电致变色凝胶层；之后取另一片ITO导电薄膜覆在电致变色层上，使用双面胶封装得到电致变色器件。

Claims (9)

1.一种柔性电致变色器件，由两层柔性透明导电电极以及附着于两层导电电极之间的电致变色凝胶构成。
2.一种权利要求1所述的柔性电致变色器件的制备方法，有以下步骤：
1)电致变色凝胶的制备：
将电解质加入到去离子水中，充分搅拌溶解得到电解质溶液，加入聚合物单体、交联剂、引发剂和催化剂，充分搅拌得到混合溶液；将电致变色材料加入混合溶液中，搅拌使其混合均匀，得到电致变色凝胶溶液；
2)柔性电致变色器件的制备：
将步骤1)中得到的电致变色凝胶溶液滴涂到夹有硅胶垫片的导电电极上，烘箱中加热1～5小时，得到电致变色凝胶层；另取一片具有相同材质的导电电极覆在电致变色凝胶层上，封装得到电致变色器件。
3.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的电解质是氯化锂、氯化钠、氯化钾或氯化钙；电解质溶液浓度为0.5～10mol/L。
4.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的聚合物单体为丙烯酰胺、丙烯酸或异丙基丙烯酰胺；聚合物单体溶液的质量分数为1％～25％。
5.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，其相对于聚合物单体的质量分数为0.001～0.1％。
6.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的引发剂为过硫酸铵，其相对于聚合物单体的质量分数为0.001～0.01％。
7.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的催化剂为N,N,N',N'-四甲基二乙胺，其相对于聚合物单体的质量分数为0.001～0.6％。
8.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的电致变色材料为杂多酸，其浓度为0.02～0.06mol/L。
9.根据权利要求2所述的一种柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的柔性透明电极为氧化氟锡薄膜或氧化铟锡薄膜中的一种。
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