CN111474796B - 一种电致变色元件及包括该元件的移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电致变色元件，所述电致变色元件包括导电基片和电致变色材料，所述导电基片上沉积一层多孔COFs膜层，所述COFs膜层是由吩嗪衍生物与三嗪衍生物通过共价键结合方式自组装得到。本发明的电致变色元件具有响应速度快、对比度高、循环稳定性好的优点。本发明还公开了一种包括上述电致变色元件的移动终端，满足移动终端外观整体性要求，具有巨大的市场应用前景。

Description

一种电致变色元件及包括该元件的移动终端
技术领域
本发明涉及电致变色的技术领域，尤其涉及一种电致变色元件及包括该元件的移动终端。
背景技术
智能手机、IPAD等移动终端一般设有光学器件(摄像头模组、环境光传感器、闪光灯等)，上述光学器件需要在移动终端上对应位置设置有透光区域，以便接收和反射光线。现有移动终端上的透光区域不具有电致变色效果，而该透光区域的存在容易破坏移动终端的外观整体性，降低了移动终端视觉上的美观度。
为提高移动终端整体视觉上的美观度，将电致变色技术应用于移动终端上，越来越受到本领域研发人员的关注；然而现有电致变色元件，其综合性能水平仍然较低，无法满足移动终端等特殊场景下所需要的响应速度快、高循环稳定性、高对比度的性能要求。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明一方面提供了一种电致变色元件及其制备方法，以解决现有电致变色元件响应速度慢，循环稳定性能差和对比度低等问题，使其更加适用于诸如手机等移动终端特殊场景的应用。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种电致变色元件，所述电致变色元件包括导电基片和电致变色材料，所述导电基片上沉积一层多孔COFs膜层，所述COFs膜层是由吩嗪衍生物与三嗪衍生物通过共价键结合方式自组装得到。
所述导电基片由基片和沉积在所述基片上的导电材料组成。
在其中一个实施例中，所述基片选用基本透明的聚合物、玻璃、陶瓷、塑料中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述导电材料选用氟掺杂的氧化锡、掺杂铝的氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述吩嗪衍生物为化学式I所示的化合物，
Figure BDA0002505220270000021
式中：R1和R2分别独立地选自氢或者C1-C5烷基，R3和R4分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基。
在其中一个实施例中，所述三嗪衍生物为化学式II所示的化合物，
Figure BDA0002505220270000023
式中：R5和R6分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基。
本发明的另外一方面，提供了一种电致变色元件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1表面处理：将去离子水清洗后的导电基片表面进行氨基化处理；
S2半成品制作：将化学式I的吩嗪衍生物和化学式II的三嗪衍生物溶于溶剂，然后加入0.5～5.5mol/L的有机酸水溶液，在60～90℃条件下加热冷凝回流反应24～72h，再将步骤S1处理后的导电基片浸没在所述反应溶液中，继续反应1～24h后，得到沉积有COFs结构膜层的导电基片半成品，
Figure BDA0002505220270000022
式中：R1和R2分别独立地选自氢或者C1-C5烷基，R3和R4分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基，R5和R6分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基；
S3成品制作：将步骤S2得到的导电基片半成品与带有导电反射膜层的基片进行贴合并限定一空腔，在所述空腔中灌注阴极电致变色材料和溶剂，得到所述电致变色元件。
在其中一个实施例中，所述吩嗪衍生物和三嗪衍生物的摩尔比为1：1～2。
在其中一个实施例中，所述有机酸为醋酸、柠檬酸、单宁酸、苹果酸、酒石酸、草酸、苯甲酸中的至少一种。
本发明另一方面还提供了一种移动终端，所述移动终端包括摄像头及如上所描述的电致变色元件，所述摄像头与电致变色元件在所述移动终端上正对设置；当所述移动终端未开启摄像功能时，所述电致变色元件处于着色状态；当所述移动终端开启摄像功能时，所述电致变色元件处于褪色状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本申请的电致变色元件，导电基片的导电材料上通过化学键结合的方式沉积有多孔的COFs膜层，有效提高了电致变色元件的电致变色响应速度、对比度和循环稳定性能。
本申请的电致变色元件，通过吩嗪衍生物上的胺基和三嗪衍生物上的醛基在一定条件下进行C＝N共价键结合反应，得到具有吩嗪官能团和三嗪官能团的共价有机框架材料，使得COFs膜层具备电致变色功能的同时还具有耐老化的性能。
本申请的移动终端，设置有电致变色元件，通过电致变色元件的快速响应和高对比度，实现电致变色元件着色时可隐藏移动终端内部摄像头不被察觉的功能，而当其褪色时可满足移动终端内部摄像头正常摄像功能的效果，进而提高移动终端外观整体性。
附图说明
图1为本发明实施例移动终端的主视图；
图2为本发明实施例移动终端的后视图；
图3为图2中电致变色元件沿A-A方向的剖视图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的电致变色元件，其制备方法包括以下步骤：
S1表面处理：将去离子水清洗后的导电基片表面进行氨基化处理；所述导电基片由玻璃基片和沉积在所述玻璃基片上的氟掺杂的氧化锡导电材料组成；
S2半成品制作：称取2.1g化学式I-a的吩嗪衍生物(吩嗪-2,7-二胺)和4.2g化学式II的三嗪衍生物溶于30mL甲苯中，然后加入2.5mol/L的醋酸水溶液5mL，在70℃条件下加热冷凝回流反应48h，再将步骤S1处理后的导电基片浸没在所述反应溶液中，继续反应12h后，得到沉积有COFs结构膜层的导电基片半成品，
Figure BDA0002505220270000041
S3成品制作：将步骤S2得到的导电基片半成品与带有导电反射膜层的基片进行贴合并限定一空腔，在所述空腔中灌注0.5g1,1’-二新戊基-4,4’-联吡啶双(六氟硼酸盐)和20mL碳酸丙烯酯溶剂，UV胶封口后，得到所述电致变色元件。
实施例2
本实施例的电致变色元件，其制备方法包括以下步骤：
S1表面处理：将去离子水清洗后的导电基片表面进行氨基化处理；所述导电基片由玻璃基片和沉积在所述玻璃基片上的氟掺杂的氧化锡导电材料组成；
S2半成品制作：称取2.5g化学式I-b的吩嗪衍生物和5.5g化学式II的三嗪衍生物溶于30mL甲苯中，然后加入0.5mol/L的酒石酸水溶液5mL，在60℃条件下加热冷凝回流反应24h，再将步骤S1处理后的导电基片浸没在所述反应溶液中，继续反应8h后，得到沉积有COFs结构膜层的导电基片半成品，
Figure BDA0002505220270000042
S3成品制作：将步骤S2得到的导电基片半成品与带有导电反射膜层的基片进行贴合并限定一空腔，在所述空腔中灌注0.5g1,1’-二新戊基-4,4’-联吡啶双(六氟硼酸盐)和20mL碳酸丙烯酯溶剂，UV胶封口后，得到所述电致变色元件。
所述化学式I-b的吩嗪衍生物通过以下方法制备得到，将实施例1中化学式I-a的吩嗪衍生物溶于乙腈溶液中，然后加入溴乙烷，所述溴乙烷与化学式I-a的吩嗪衍生物的摩尔比为2.2：1，在80℃条件下加热冷凝回流反应12h，分离后，得到所述化学式I-b的吩嗪衍生物。
实施例3
本实施例的电致变色元件，其制备方法包括以下步骤：
S1表面处理：将去离子水清洗后的导电基片表面进行氨基化处理；所述导电基片由玻璃基片和沉积在所述玻璃基片上的氟掺杂的氧化锡导电材料组成；
S2半成品制作：称取3g化学式I-c的吩嗪衍生物和7.2g化学式II的三嗪衍生物溶于30mL甲苯中，然后加入5mol/L的苯甲酸水溶液5mL，在90℃条件下加热冷凝回流反应72h，再将步骤S1处理后的导电基片浸没在所述反应溶液中，继续反应24h后，得到沉积有COFs结构膜层的导电基片半成品，
Figure BDA0002505220270000051
S3成品制作：将步骤S2得到的导电基片半成品与带有导电反射膜层的基片进行贴合并限定一空腔，在所述空腔中灌注0.5g1,1’-二新戊基-4,4’-联吡啶双(六氟硼酸盐)和20mL碳酸丙烯酯溶剂，UV胶封口后，得到所述电致变色元件。
所述化学式I-b的吩嗪衍生物通过以下方法制备得到，将3,8-二甲氧基吩嗪-2,7-二胺溶于乙腈溶液中，然后加入溴乙烷，所述溴乙烷与3,8-二甲氧基吩嗪-2,7-二胺的摩尔比为2.2：1，在80℃条件下加热冷凝回流反应12h，分离后，得到所述化学式I-c的吩嗪衍生物。
应用例
参考图1至图2，在一应用例中，移动终端100为智能手机。在其他实施方式中，移动终端100可以为平板、掌上电脑、掌上游戏机等。所述移动终端100包括壳组件、光学器件3、电路板、电池等，所述壳组件包括壳体及设置在所述壳体上的电致变色元件21，所述光学器件3、电路板和电池设置在壳组件内，所述电池连接于电路板且能够为电路板和光学器件3供电，电路板可用于调节电致变色元件21的电压。所述壳体包括设有显示屏模组11的前壳体1及背离显示屏模组11的后壳体2，所述前壳体1和后壳体2之间限定有可承载和容纳光学器件3、电路板和电池等零部件的内腔，所述后壳体2有时又称之为后盖、后壳或者电池盖等。所述后壳体2的材质可以为金属材质例如铝合金、镁合金、不锈钢等，后壳体2的材质也可以为非金属材质例如玻璃、陶瓷、塑料、树脂等。所述后壳体2开有通孔，以使光线入射至光学器件3上，所述通孔大小与光学器件布置区域范围相匹配。所述电致变色元件21固定连接在后壳体2的通孔处，以使电致变色元件21和光学器件3设置位置相对应。
光学器件3可以包括摄像头模组、闪光灯、对焦传感器中的一种或者多种。其中，摄像头模组可用于采集图像，例如用于拍照、视频录制、视频通话等。闪光灯可用于为后置摄像头补光，以提升后置摄像头的拍摄质量。对焦传感器可用于摄像头模组在拍摄过程中的对焦，以提升摄像头模组拍摄的质量。
参考图3，电致变色元件21包括：基本透明的第一导电基片；基本透明的第二导电基片，所述第一导电基片和第二导电基片以间隔开的关系布置；密封件，基本沿周向设置在所述第一导电基片和第二导电基片的外周区域之间，以将所述第一导电基片和第二导电基片相对设置的两个表面密封地相互结合并限定一空腔；所述空腔中灌注有阳极电致变色材料和溶剂。第一导电基片为镀有透明导电膜214的玻璃基片211，第二导电基片为镀有导电反射层215的玻璃基片212，所述透明导电膜214和导电反射层215分别与对应的电极电连接，在透明导电膜214与导电反射层215之间的玻璃基片上通过密封件环氧树脂213粘合而形成封闭空腔216，在所述封闭空腔216内灌注电致变色材料217。所述透明导电膜214为经过实施例1-3改性处理后的导电材料，所述透明导电膜214的电阻优选小于25欧姆。所述导电反射层215为铬、银、铝、不锈钢或镍层，或者是由上述两种或两种以上的金属元素组成的合金层。
所述光学器件3与电致变色元件21在所述移动终端100上正对设置，即电致变色元件21遮盖光学器件3；当所述移动终端100未开启摄像功能时，所述电致变色元件21处于着色状态，此时电致变色元件21光线透过率低，光学器件3被电致变色元件21所遮蔽，不易被察觉，从而提高了移动终端的整体外观完整性；进一步地，使电致变色元件21变色后的颜色与后壳体的外观颜色相匹配，进一步提高移动终端视觉上的美观度；当所述移动终端100开启摄像功能时，所述电致变色元件21快速响应，使其处于褪色状态，此时电致变色元件21光线透过率高，不会影响光学器件3的正常功能使用。
应用例1
将实施例1制备得到的电致变色元件固定连接在开有通孔的后壳体上，并将该后壳体盖设在容纳有光学器件、电路板、电池等零件的前壳体上，以组装成一个完整的智能手机，所述电致变色元件正对光学器件设置。
针对电致变色元件进行常规性能测试，其中，耐老化性能测试在耐老化箱中进行，紫外灯老化(280-400nm)，其结果如表1所示：
表1
测试项目 性能指标
透明态透过率 86.7％
着色态透过率 5.6％
对比度 81
变色响应时间 0.66s
褪色响应时间 0.72s
耐老化时间 >168h
循环稳定性(褪变色次数) >10000
应用例2
将实施例2制备得到的电致变色元件固定连接在开有通孔的后壳体上，并将该后壳体盖设在容纳有光学器件、电路板、电池等零件的前壳体上，以组装成一个完整的智能手机，所述电致变色元件正对光学器件设置。
针对电致变色元件进行常规性能测试，其中，耐老化性能测试在耐老化箱中进行，紫外灯老化(280-400nm)，其结果如表2所示：
表2
测试项目 性能指标
透明态透过率 86.4％
着色态透过率 6.4％
对比度 80
变色响应时间 0.65s
褪色响应时间 0.68s
耐老化时间 >168h
循环稳定性(褪变色次数) >10000
应用例3
将实施例3制备得到的电致变色元件固定连接在开有通孔的后壳体上，并将该后壳体盖设在容纳有光学器件、电路板、电池等零件的前壳体上，以组装成一个完整的智能手机，所述电致变色元件正对光学器件设置。
针对电致变色元件进行常规性能测试，其中，耐老化性能测试在耐老化箱中进行，紫外灯老化(280-400nm)，其结果如表3所示：
表3
测试项目 性能指标
透明态透过率 86.1％
着色态透过率 6.2％
对比度 80
变色响应时间 0.63s
褪色响应时间 0.66s
耐老化时间 >168h
循环稳定性(褪变色次数) >10000
由此可见，本发明专利相比目前使用的技术具有相当大的优势。以上显示和描述了本发明的基本原理、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，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，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要求保护的本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种电致变色元件，所述电致变色元件包括导电基片和电致变色材料，其特征在于，所述导电基片上沉积一层多孔COFs膜层，所述COFs膜层是由吩嗪衍生物与三嗪衍生物通过共价键结合方式自组装得到；所述吩嗪衍生物为化学式I所示的化合物，
Figure FDA0003701394790000011
式中：R1和R2分别独立地选自氢或者C1-C5烷基，R3和R4分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基；所述三嗪衍生物为化学式II所示的化合物，
Figure FDA0003701394790000012
式中：R5和R6分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基。
2.一种如权利要求1所述的电致变色元件，其特征在于，所述导电基片由基片和沉积在所述基片上的导电材料组成。
3.一种如权利要求2所述的电致变色元件，其特征在于，所述基片选用基本透明的聚合物、玻璃、陶瓷、塑料中的至少一种。
4.一种如权利要求2所述的电致变色元件，其特征在于，所述导电材料选用氟掺杂的氧化锡、掺杂铝的氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌中的至少一种。
5.一种如权利要求1所述的电致变色元件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1表面处理：将去离子水清洗后的导电基片表面进行氨基化处理；
S2半成品制作：将化学式I的吩嗪衍生物和化学式II的三嗪衍生物溶于溶剂，然后加入0.5～5.5mol/L的有机酸水溶液，在60～90℃条件下加热冷凝回流反应24～72h，再将步骤S1处理后的导电基片浸没在反应溶液中，继续反应1～24h后，得到沉积有COFs结构膜层的导电基片半成品，
Figure FDA0003701394790000021
式中：R1和R2分别独立地选自氢或者C1-C5烷基，R3和R4分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基，R5和R6分别独立地选自氢、C1-C5烷基或者C1-C5烷氧基；
S3成品制作：将步骤S2得到的导电基片半成品与带有导电反射膜层的基片进行贴合并限定一空腔，在所述空腔中灌注阴极电致变色材料和溶剂，得到所述电致变色元件。
6.如权利要求5所述的电致变色元件的制备方法，其特征在于，所述吩嗪衍生物和三嗪衍生物的摩尔比为1：1～2。
7.如权利要求5所述的电致变色元件的制备方法，其特征在于，所述有机酸为醋酸、柠檬酸、单宁酸、苹果酸、酒石酸、草酸、苯甲酸中的至少一种。
8.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括摄像头及权利要求1-4任一项所述的电致变色元件，所述摄像头与电致变色元件在所述移动终端上正对设置；当所述移动终端未开启摄像功能时，所述电致变色元件处于着色状态；当所述移动终端开启摄像功能时，所述电致变色元件处于褪色状态。
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