CN112839134A - 一种可检测环境气体的多功能手机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可检测环境气体的多功能手机及其应用。所述多功能手机包括：手机主体、气体传感器单元、温度传感器单元、多彩电致变色结构、信息处理单元及信息接收单元。所述多彩电致变色结构包括工作电极、电解质和对电极，所述工作电极包括彼此相对且平行设置的第一光学结构层和第二光学结构层，两者之间设置有介质层，所述介质层由电致变色材料组成，所述介质层与第一光学结构层、第二光学结构层的结合界面分别为介质层的第一表面、第二表面，所述第一表面、第二表面与介质层组成光学腔。本发明的多功能手机可以实现检测不同种类和浓度的气体而显示出丰富多彩的颜色变化，向用户展示其所处环境的气体信息，可广泛应用于多种气体检测场合。

Description

一种可检测环境气体的多功能手机及其应用

技术领域

本发明涉及一种手机，具体涉及一种可检测环境气体的多功能手机及其应用，属于手机及光电技术领域。

背景技术

气体传感器已经广泛地应用于探测各种有毒、有害、易爆以及各种挥发性物质，同时也被应用于监控温室效应和大气污染等。科学技术的日益发展不断延伸了气体传感器的应用领域。在生物医学领域，气体传感器可以通过检查呼出气体成分及浓度来诊断一些疾病，或检测酒精，验证酒驾；在国防、反恐领域，气体传感器可以用来预防和检查有毒气体，并进行报警甚至自主解决问题；在家居领域，气体传感器可以用来检测装修残余的有害气体，进行报警提醒用户；在环境监测领域，气体传感器可用来检测空气中的PM 2.5或汽车尾气浓度等，提醒人们远离；在实验室中，气体传感器可用来监测和检测氢气、氨气等气体泄漏，进行报警，降低人员伤害。面对越来越多的特殊信号和特殊环境，新型气体传感器技术需要实现传感器的集成化和智能化；实现传感技术硬件系统与元器件的微型化；开发与其他技术交叉整合的传感器智能系统。目前智能手机非常普遍，而作为一个智能化产品，却不存在环境气体检测功能，且手机上基本是一些应用软件上的功能较多，没有一些外加功能，比如温度检测功能，手机外壳体多彩变色功能等，表现出手机外在功能单一。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可检测环境气体的多功能手机，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于提供所述可检测环境气体的多功能手机的应用，例如在环境气体检测领域中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种可检测环境气体的多功能手机，其包括：

手机主体，

气体传感器单元，至少用以检测环境气体；

温度传感器单元，至少用以检测温度；

多彩电致变色结构，其至少能够根据电信号变化而变色；

信息处理单元，至少用以计算环境气体的种类和浓度，并能够调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色；以及，

信息接收单元，至少用以接收所述信息处理单元的信号，并显示环境气体的种类和浓度、温度；

其中，所述多彩电致变色结构覆设于所述手机主体上，所述气体传感器单元、温度传感器单元均设置于所述多彩电致变色结构表面，且所述气体传感器单元、温度传感器单元还分别与所述信息处理单元连接；

其中，所述多彩电致变色结构包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间，所述工作电极包括彼此相对且平行设置的第一光学结构层和第二光学结构层，所述第一光学结构层、第二光学结构层是光学反射性和/或光学透射性的，所述第一光学结构层和第二光学结构层之间设置有介质层，所述介质层由电致变色材料组成，所述介质层与第一光学结构层、第二光学结构层的结合界面分别为所述介质层的第一表面、第二表面，所述第一表面、第二表面与介质层组成光学腔；在入射光从第一光学结构层或第二光学结构层入射所述光学腔时，于所述第一表面形成的反射光和于所述第二表面形成的反射光的相移

d为所述介质层的厚度，

为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，

为所述入射光在透过所述第一表面或第二表面时的折射角。

在一些实施方案中，所述介质层主要由电致变色材料，例如有机材料或无机材料组成。在一些实施方案中，所述气体传感器单元包括PM2.5传感器、湿度传感器、酒精传感器、氢气传感器、氨气传感器、煤气瓦斯传感器、NO_x传感器、CO传感器、CO₂传感器、SO_x传感器、H₂S传感器、苯传感器、甲醛传感器中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例还提供了前述可检测环境气体的多功能手机于环境气体检测领域中的应用。本发明实施例还提供了一种检测环境气体的方法，所述方法主要基于前述可检测环境气体的多功能手机而实施，并且所述方法包括：

将工作电极、对电极与电源连接形成工作电路；

气体传感器单元检测环境气体，温度传感器单元检测温度，并将获得的环境气体的种类和浓度、温度信息输送至信息处理单元，所述信息处理单元调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色；

所述信息接收单元接收所述信息处理单元的信号，并显示环境气体的种类和浓度、温度。与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过在手机主体的背面壳体设置多彩电致变色结构，以气体传感器单元感应环境中气体，通过CPU信息处理技术计算出气体种类和浓度并控制多彩电致变色结构显示出丰富多彩的颜色变化，温度传感器单元感测环境温度，向用户展示其所处环境的气体信息，结构简单，操作便捷且省时，可广泛应用于多种气体检测场合。

附图说明

图1是本发明一典型实施方案中可检测环境气体的多功能手机的背视结构示意图。

图2是本发明一典型实施方案中可检测环境气体的多功能手机的截面示意图。

图3是本发明一典型实施方案中可检测环境气体的多功能手机中多彩电致变色结构的结构示意图。

图4是本发明一典型实施方案中可检测环境气体的多功能手机中多彩电致变色结构的工作电极的结构示意图。

图5是本发明另一典型实施方案中可检测环境气体的多功能手机中多彩电致变色结构的结构示意图。

图6是本发明一典型实施方案中一种新型多彩电致变色结构的结构示意图。

图7是本发明一典型实施方案中一种新型反射/透射双模式多彩电致变色结构的示意图。

图8是图7中电致变色工作电极的结构示意图。

图9是本发明一典型实施方案中一种新型多彩电致变色结构的结构示意图。

图10是本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度下新型多彩电致变色结构的从第一光学结构一侧看到的反射颜色的照片。

图11为本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度下新型多彩电致变色结构的从PET基底方向看到的反射颜色的照片。

图12为本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度下新型多彩电致变色结构的透射颜色的照片。

图13为本发明一典型实施方案中一种新型多彩电致变色结构的结构示意图。

图14为本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度下新型多彩电致变色结构的从第一光学结构一侧看到的反射颜色的照片。

图15是本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度下新型多彩电致变色结构的从PET基底方向看到的反射颜色的照片。

图16是本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度下新型多彩电致变色结构的透射颜色的照片。

图17是本发明一典型实施方案中一种新型反射/透射双模式多彩电致变色器件的工作电极的结构示意图。

图18是本发明一典型实施方案中不同氧化钨厚度多彩电致变色器件中工作电极(从第一光学结构和基底两侧方向拍摄)在不同电压下的照片。

具体实施方式

针对现有技术的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以相互结合，从而构成新的或者优选的技术方方案。限于篇幅，在此不再一一赘述。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施方案，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例中采用的实施条件可以根据实际需要而做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

又及，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例的一个方面提供的一种可检测环境气体的多功能手机，其包括：

手机主体，

气体传感器单元，至少用以检测环境气体；

温度传感器单元，至少用以检测温度；

多彩电致变色结构，其至少能够根据电信号变化而变色；

信息处理单元，至少用以计算环境气体的种类和浓度，并能够调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色；以及，

信息接收单元，至少用以接收所述信息处理单元的信号，并显示环境气体的种类和浓度、温度；

其中，所述多彩电致变色结构包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间，所述工作电极包括彼此相对且平行设置的第一光学结构层和第二光学结构层，所述第一光学结构层、第二光学结构层是光学反射性和/或光学透射性的，所述第一光学结构层和第二光学结构层之间设置有介质层，所述介质层由电致变色材料组成，所述介质层与第一光学结构层、第二光学结构层的结合界面分别为所述介质层的第一表面、第二表面，所述第一表面、第二表面与介质层组成光学腔；在入射光从第一光学结构层或第二光学结构层入射所述光学腔时，于所述第一表面形成的反射光和于所述第二表面形成的反射光的相移

d为所述介质层的厚度，

为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，

为所述入射光在透过所述第一表面或第二表面时的折射角。

进一步地，对于所述工作电极而言，由从第一光学结构层入射的入射光在所述第一表面形成的反射光与由透过所述介质层的入射光在第二表面形成的反射光干涉叠加。反之亦然，即，由从第二光学结构层入射的入射光在所述第二表面形成的反射光与由透过所述介质层的入射光在第一表面形成的反射光干涉叠加。

进一步地，在入射光从第一光学结构层或第二光学结构层入射所述光学腔时，于所述第一表面形成的反射光和于所述第二表面形成的反射光的相移

d为所述介质层的厚度，

为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，

为所述入射光在透过所述第一表面或第二表面时的折射角。

在一些实施方案中，若定义所述第一光学结构层的折射率为

则所述第一表面的反射系数

其中

为入射光于第一表面的入射角。

在一些实施方案中，若定义所述第二光学结构层的折射率为

则所述第二表面的反射系数

其中

为入射光在透过第二表面时的折射角。

在一些实施方案中，所述工作电极的反射系数表示为：

反射率表示为：

进一步地，所述工作电极的反射系数、反射率同样适用于入射光从第二光学结构层入射所述光学腔的情况。

在一些实施方案中，若定义所述第一光学结构层的折射率为

则所述第一光学结构层的透射系数

其中

为入射光于第一表面的入射角。

在一些实施方案中，若定义所述第二光学结构层的折射率为

则所述第二光学结构层的透射系数

其中

为入射光在透过第二表面时的折射角。

在一些实施方案中，所述工作电极的透射系数表示为：

透过率表示为：

进一步地，所述工作电极的透射系数、透过率同样适用于入射光从第二光学结构层入射所述光学腔的情况。

进一步地，所述工作电极具有光学透射工作模式、光学反射工作模式或者光学透射及反射工作模式。

其中，在所述光学反射工作模式下，所述工作电极具有双面不对称结构色。

其中，在所述光学透射工作模式下，所述工作电极具有透明结构色。

在一些实施方案中，所述工作电极包括一个或多个第一光学结构层、一个或多个介质层和一个或多个第二光学结构层。

在一些实施方案中，所述工作电极包括多个第一光学结构层和/或多个第二光学结构层以及多个介质层。

在一些实施方案中，所述第一光学结构层和第二光学结构层中至少一者的材质包括金属材料。

在一些实施方案中，所述第一光学结构层或第二光学结构层为金属层。

在一些实施方案中，所述第一光学结构层和第二光学结构层均为金属层。

在一些实施方案中，所述第一光学结构层或第二光学结构层直接为空气。

在一些实施方案中，所述第一光学结构层或第二光学结构层不存在。

进一步地，所述金属材料包括钨，金，银，铜，钛，铝，铬，铁，钴，镍，铂，锗，钯等，但不限于此。

进一步地，所述第一光学结构层或第二光学结构层的厚度优选为0～2000nm。

在一些实施方案中，所述介质层主要由电致变色材料组成，所述介质层的材质选自有机材料或无机材料。

进一步地，所述金属层和介质层构成一种金属-介质结构，能产生光学干涉作用而显示出多彩色，要求离子导电层厚度不影响的颜色。所述单元的不同颜色可以通过选择不同金属材料，不同介质材料或者不同介质层厚度中的一种多组合多种办法实现。

进一步地，所述无机材料包括金属单质或非金属单质、无机盐、氧化物等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述非金属单质包括单晶硅、多晶硅、金刚石中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述无机盐包括氟化物、硫化物、硒化物、氯化物、溴化物、碘化物、砷化物或碲化物等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述氧化物包括WO₃、NiO、TiO₂、Nb₂O₅、Fe₂O₃、V₂O₅、Co₂O₃、Y₂O₃、Cr₂O₃、MoO₃、Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZnO、MnO₂、CaO、ZrO₂、Ta₂O₅、Y₃Al₅O₁₂、Er₂O₃、IrO₂等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述氟化物包括MgF₂、CaF₂、GeF₂、YbF₃、YF₃、Na₃AlF₆、AlF₃、NdF₃、LaF₃、LiF、NaF、BaF₂、SrF₂等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述硫化物包括ZnS、GeS、MoS₂、Bi₂S₃等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述硒化物包括ZnSe，GeSe、MoSe₂、PbSe、Ag₂Se等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述氯化物包括AgCl、NaCl、KCl等中任意一种或多种的组合，但不限于此。进一步地，所述溴化物包括AgBr、NaBr、KBr、TlBr、CsBr等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述碘化物包括AgI、NaI、KI、RbI、CsI等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述砷化物包括GaAs等，但不限于此。

进一步地，所述锑化物包括GdTe等，但不限于此。

进一步地，所述介质层的材质包括SrTiO₃、Ba₃Ta₄O₁₅、Bi₄Ti₃O₂、CaCO₃、CaWO₄、CaMnO₄、LiNbO₄、普鲁士蓝、普鲁士黑、普鲁士白、普鲁士绿等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，所述介质层的材质包括液晶材料或MOF材料等，但不限于此。

进一步地，所述有机材料包括有机小分子化合物、聚合物等，但不限于此。

进一步地，所述有机材料包括紫罗精、四硫富瓦烯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚咔唑、酞菁、对苯二甲酯、二甲基联二苯胺、四噻富烯、烷基联吡啶、吩噻唑、聚酰胺、环氧树脂、聚二炔等中任意一种或多种的组合，但不限于此。

在一些实施方案中，所述介质层可以主要由电致变色材料组成。介质层是工作电极的核心层，也是变色反应的发生层。所述介质层的材质按照类型可选自无机电致变色材料和/或有机电致变色材料。

进一步地，所述的电致变色材料可以选自无机、有机材料或者液晶材料和MOF材料等。例如，所述无机材料可以包括三氧化钨(WO₃)、氧化镍(NiO)、TiO₂、Nb₂O₅、Fe₂O₃、V₂O₅、Co₂O₃、Y₂O₃、MoO₃、IrO₂、普鲁士蓝、普鲁士黑、普鲁士白、普鲁士绿等，且不限于此。所述有机材料可以包括紫罗精类化合物、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩类化合物及其衍生物、聚咔唑、金属酞菁类化合物、对苯二甲脂、二甲基联二苯胺、四噻富瓦烯、烷基联吡啶、吩噻唑、聚二炔等，但不限于此。

在一些实施方案中，所述介质层厚度为大于0而小于或等于2000nm，优选为为0.001～2000nm，更优选为50～2000nm，更优选为100～500nm，以使所述多彩电致变色结构的颜色饱和度更高。

进一步地，还可以在所述第一光学结构层或第二光学结构层与介质层之间增加优化介质层，以优化所述电致变色层的颜色。

进一步地，还可以在所述第一光学结构层或第二光学结构层上增加优化介质层，或者，也可以将所述第一光学结构层或第二光学结构层设置在优化介质层上，以优化所述电致变色层的颜色。

在一些实施方案中，所述第一光学结构层或第二光学结构层与基底结合。

进一步地，所述基底为透明或半透明的。相应的，所述基底的材质可以是透明或半透明的，例如可以选自玻璃、有机玻璃、PET、PES、PEN、PC、PMMA、PDMS等中的任意一种或多种的组合，但不限于此。

进一步地，前述优化介质层可以设置在所述第一光学结构层或第二光学结构层与基底之间。

进一步地，所述优化介质层的材质包括但不仅限于WO₃、NiO、TiO₂、Nb₂O₅、Fe₂O₃、V₂O₅、Co₂O₃、Y₂O₃、Cr₂O₃、MoO₃、Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZnO、MnO₂、CaO、ZrO₂、Ta₂O₅、Y₃Al₅O₁₂、Er₂O₃、ZnS、MgF₂、SiN_x(氮化硅)等，但不限于此。

进一步地，所述优化介质层的厚度优选为0～2000nm，优选为100～500nm，以使所述电致变色结构的颜色饱和度更高。

在一个较为典型的实施方案中，请参阅图6所示，所述多彩电致变色结构包括设置在基底1上的第二光学结构层2、介质层3和第一光学结构层4。该第一光学结构层4、第二光学结构层2为反射/透射层，其可以是金属材质的。

其中，第一光学结构层4也可以直接为空气。

其中，第二光学结构层2也可以不存在。

该典型实施方案中，第一光学结构层、第二光学结构层、介质层的材质、厚度等可以如前文所述。并且，通过调整第一光学结构层4、第二光学结构层2、介质层3的材质以及厚度等，可以改变工作电极的反射/透射结构色，反射率和透过率。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种制备所述工作电极的方法，其可以包括：

通过物理或化学沉积方式，例如涂布、印刷、铸膜等方式或者磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、化学气相沉积、原子力沉积、溶胶凝胶技术等形成所述第一光学结构层或第二光学结构层、介质层等，且不限于此。

在一些实施方案中，所述第一光或第二光学结构层、介质层可以依次形成在基底上。

进一步的，由电致变色材料做成的电致变色器件已经广泛应用于智能窗、智能指示器、成像设备等。电致变色的原理是在外加电场或者电流的作用下无机或有机的电致变色材料的电子结构和光学属性(反射率、透过率、吸收率等)发生稳定、可逆的变化的现象，在其外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。传统的电致变色可分为两种模型，透过型电致变色器件和反射型电致变色器件，并且，电致变色器件的颜色仅仅只由电致变色本身的电子结构和光学属性决定。因此，电致变色的单一模式和单调颜色调制也成为了限制其应用范围的瓶颈。

在一些实施方案中，可以在所述制备方法进行的过程中，调整所述第一光学结构层或第二光学结构层、介质层的厚度和/或材质等，从而调整所述工作电极的反射/透射结构色。进一步地，在本发明的前述实施例中，所述电解质的类型没有特别限制，可以使用液体电解质、凝胶聚合物电解质或无机固体电解质。在一些实施方案中，所述电解质与介质层接触，并提供用于使电致变色材料变色或脱色的离子，例如氢离子或锂离子的移动环境的材料。

在一些实施方案中，所述电解质的类型没有特别限制，所述电解质可以包含一种或更多种化合物，例如含有H⁺、Li⁺、Al³⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Ca²⁺，Zn²⁺、Mg²⁺或Cs⁺的化合物。电解质层由特殊的导电材料组成，如包含有高氯酸锂、高氯酸钠等的溶液的液态电解质材料，或者也可以是固态电解质或凝胶电解质材料。在一个实施案例中，电解质层可以包含锂盐化合物，例如LiClO₄、LiBF₄、LiAsF₆或LiPF₆。包含在电解质中的离子可以在根据施加的电压的极性被嵌入或移出介质层时对多彩电致变色结构的变色或光透射率变化发挥作用。在一些实施方案中，所采用的电解质包含混合的多种离子，其较之单一离子，可以使电致变色结构的颜色变化更为丰富饱满。

在一些实施方案中，所述电解质可以是液态电解质，例如水系的LiCl、AlCl₃、HCl、H₂SO₄水溶液等。

在一些实施方案中，所述电解质还可以包含碳酸酯化合物。由于基于碳酸酯的化合物具有高的介电常数，可以增加由锂盐提供的离子导电率。作为基于碳酸酯的化合物，可以使用以下的至少一种：PC(碳酸亚丙酯)、EC(碳酸亚乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)和EMC(碳酸乙基甲酯)。例如可以采用有机系的LiClO₄、Na(ClO₄)₃的碳酸丙烯酯电解液等。

在一些实施方案中，所述电解质可以是凝胶电解质，例如PMMA-PEG-LiClO₄，PVDF-PC-LiPF₆，LiCl/PVA，H₂SO₄/PVA等，但不限于此。

在一些优选的实施方案中，当使用无机固体电解质作为所述电解质时，电解质可以包含LiPON或Ta₂O₅。例如，所述电解质可以但不限于为含Li的金属氧化物薄膜，比如LiTaO或LiPO等薄膜。此外，无机固体电解质可以为其中LiPON或Ta₂O₅被添加有诸如B、S和W等组分的电解质，例如可以是LiBO₂+Li₂SO₄、LiAlF₄、LiNbO₃、Li₂O-B₂O₃等。

在一些优选的实施例中，所述电解质采用全固态的电解质，其可以配合为呈现为固态的介质层、金属反射层、对电极等组成形成全固态的电致变色结构。

进一步地，所述多彩电致变色结构还包括离子导电层、离子存储层和透明导电层等。

进一步地，所述离子存储层与所述电解质接触。

例如，所述工作电极可以包括基底。

例如，所述对电极可以包括基底、透明导电层和离子存储层。

所述基底的材质可如前文所述，此处不再赘述。

进一步地，所述离子存储层的材质可以选自但不限于NiO、Fe₂O₃、TiO₂、普鲁士蓝、IrO₂等。离子存储层在工作电极中起到存储电荷的作用，即在介质层材料发生氧化还原反应时存储相应的反离子，从而保证整个电致变色层的电荷平衡。

在一些较为具体的实施例中，前述全固态多彩电致变色结构内的全固态电解质可以呈现为固态离子导电层的形式。此类全固态多彩电致变色结构的变色原理为：金属反射层与其他层材料构成金属-介质结构，能产生光学干涉作用而显示出多彩色，要求离子导电层厚度不影响的颜色，并可还可以包括其他层，例如离子导电层、离子储存层和透明导电层等，通过调节其中各层材料的厚度至合适范围，可以制备出带有结构色的电致变色器件，进一步的，通过施加电压，可以调节电致变色材料的折射率，还可进一步调节全固态多彩电致变色器件的颜色。

在一些实施方案中，所述基底上还设置有导电层。其中，所述导电层包括FTO、ITO、Ag纳米线、Ag纳米网栅、碳纳米管、石墨烯中的任意一种或多种的组合，也可以是金属层，Cu、W等，且不限于此。

两个透明导电层之间形成一定的电压时，介质层的材料在将电压作用下发生氧化还原反应，从而改变颜色。这种颜色改变是结构色变化，在电压撤去后仍将保持。

在一些实施方案中，所述对电极包括透明导电电极或半透明导电电极。

在一些实施方案中，所述对电极包括透明导电电极，所述透明导电电极具有离子存储层，其材质可以选自但不限于NiO、Fe₂O₃、TiO₂等。所述离子存储层与所述电解质接触。在本发明的前述实施例中，所述透明导电电极可以通过包含具有高光透射率、低薄层电阻等特性的材料来形成，例如可以通过包含以下任一种来形成：选自ITO(铟锡氧化物)、FTO(氟掺杂的锡氧化物)、AZO(铝掺杂的锌氧化物)、GZO(镓掺杂的锌氧化物)、ATO(锑掺杂的锡氧化物)、IZO(铟掺杂的锌氧化物)、NTO(铌掺杂的钛氧化物)、ZnO、OMO(氧化物/金属/氧化物)和CTO的透明导电氧化物；银(Ag)纳米线；金属网；或OMO(氧化物金属氧化物)。

形成所述透明导电电极的方法没有特别限制，可以使用任何已知的方法而没有限制。例如，可以通过诸如溅射或印刷(丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷等)的方法在玻璃基础层上形成包含透明导电氧化物颗粒的薄膜电极层。在真空方法的情况下，由此制备的电极层的厚度可以在10nm至500nm的范围内，而在印刷方法的情况下，厚度可以在0.1μm至20μm的范围内。在一个实例中，所述透明导电电极层的可见光透射率可以为70％至95％。

在一些实施例中，还可以在所述介质层上增加金属材料层，特别是薄层金属以优化多彩电致变色结构的颜色。具体而言，对于某些材料或者合适厚度的多彩电致变色结构，增加合适厚度的金属材料，可以提高反射率曲线的强度差，进而提高颜色的饱和度。其中，所述金属可以选自Ag、Al、Cu、Ni等，但不限于此。所述金属层的厚度可以优选为0～30nm，尤其优选为1～10nm。

在一些实施例中，还可以在介质层上增加半导体材料优化多彩电致变色结构的颜色。对于一些特定的材料或者厚度的多彩薄膜，增加合适厚度的半导体材料，可以提高反射率曲线的强度差，进而提高颜色的饱和度。其中，所述半导体可以选自Al₂O₃、SiO₂、ZnS、MgF₂、氮化硅等，但不限于此。所述半导体的厚度可以优选为0～300nm，尤其优选为1～100nm。请参阅图5示出了本发明一典型实施方案中一种多彩电致变色结构，其包括基底、金属层、电致变色层、离子导电层、离子存储层及透明导电层，所述多彩电致变色结构与电压控制电路电性耦合连接。通过调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色。

其中，参阅前文内容，所述金属层和介质层(即电致变色层，或称为工作电极)构成一种金属-介质结构，能产生光学干涉作用而显示出多彩色；所述电致变色层的不同颜色可以通过选择不同金属材料，不同介质材料或者不同介质层厚度中的一种多组合多种办法实现。

本发明前述实施例提供的多彩电致变色结构，是一种由金属介质的光学干涉作用而得到的多彩色图案的颜色为物理结构色，用于电子设备上和现有有机电致变色材料相比更加稳定耐用，和现有无机材料电致变色技术相比具有色彩多样可选择范围宽广的特点。

在一些优选的实施方案中，所述气体传感器单元包括PM2.5传感器、湿度传感器、酒精传感器、氢气传感器、氨气传感器、煤气瓦斯传感器、NO_x传感器、CO传感器、CO₂传感器、SO_x传感器、H₂S传感器、苯传感器、甲醛传感器等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些优选的实施方案中，所述可检测环境气体的多功能手机包括手机主体，用于多种环境气体检测的气体传感器单元，用于检测温度的温度传感器单元，用于跟随电信号变化而变色的多彩电致变色结构，用于信息处理的CPU，用于接收信息的应用软件，多彩电致变色结构覆盖于手机主体的背面，气体传感器单元和温度传感器单元分别镶嵌于多彩电致变色结构上，气体传感器单元输出端连接CPU，温度传感器单元输出端连接CPU。本发明通过在手机主体的背面设置多彩电致变色结构，以气体传感器单元感应环境中气体，通过CPU计算出种类和浓度，控制多彩电致变色结构变化出对应的颜色，并控制应用软件显示出具体的气体种类及浓度，温度传感器单元感应环境的温度。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述多彩电致变色结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；采用PVD沉积的方式，先在所述基底上的不同区域沉积制备不同的金属，再在所述的不同金属上沉积介质层材料；或采用PVD沉积的方式，先在所述基底上溅射金属层材料，再在所述金属层的不同区域沉积制备不同的介质材料；或采用PVD沉积的方式，先在所述基底上溅射金属层材料，再在所述金属层的不同区域沉积制备不同厚度的介质材料；或采用PVD沉积的方式，先在所述基底上的不同区域沉积制备不同的金属，再在所述金属层的不同区域沉积制备不同的介质材料；或采用PVD沉积的方式，先在所述基底上的不同区域沉积制备不同的金属，再在所述金属层的不同区域沉积制备不同厚度的介质材料；所述PVD沉积的方式包括蒸发镀、电子束蒸发、磁控溅射或离子镀。金属反射层(如钨膜)的制备方法有电子束蒸发、热蒸发等，而介质层的电致变色材料(如氧化钨)的制备方法有电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积等。下面主要介绍电子束蒸发法和电化学沉积法两种制备方法。

1.电子束蒸发法电子束蒸发法是真空蒸发镀膜的一种技术，它的特点是很少或不会在目标三维结构的两侧覆盖，通常只会沉积在目标的表面，且制备出的薄膜纯度高、质量好，还可以准确的控制厚度。这种方法主要是指在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发材料，使蒸发材料气化并向基板输运，在基底上凝结形成薄膜，最后形成腕带所需要的金属反射层。

2.电化学沉积法电化学沉积是指在外电场作用下，在一定的电解质溶液中由阴极和阳极构成回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中的粒子沉淀到阴极或者阳极的表面而形成腕带所需要的电致变色材料镀层。这种方法能够在各种结构复杂的基底上均匀沉积，且通常在室温或稍高于室温的条件下进行，故这种方法也常用于纳米结构材料的制备。

本发明实施例通过金属介质的光学干涉作用而得到的多彩电致变色薄膜的颜色为物理结构色，通过改变金属层和电致变色层的厚度控制初始颜色，并在通电后相应发生颜色变化。与现有技术的各种颜料绘图相比，其具有不褪色、环保和虹彩效应等优点,其在显示、装饰、防伪等领域具有广阔的应用前景。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述可检测环境气体的多功能手机于环境气体检测领域中的应用。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种检测环境气体的方法，所述方法主要基于前述可检测环境气体的多功能手机而实施，并且所述方法包括：

将工作电极、对电极与电源连接形成工作电路；

气体传感器单元检测环境气体，温度传感器单元检测温度，并将获得的环境气体的种类和浓度、温度信息输送至信息处理单元，所述信息处理单元调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色；

所述信息接收单元接收所述信息处理单元的信号，并显示环境气体的种类和浓度、温度。请参阅图7示出了本发明一典型实施方案中一种新型反射/透射双模式多彩电致变色结构，其包括工作电极5、对电极7及电解质层6，电解质层6设置于工作电极5及对电极7之间。

其中，所述电解质层6可以选用合适的水相电解液，有机相电解液，凝胶电解质或是固体电解质，优选的LiCl、AlCl₃、HCl、H₂SO₄水溶液，LiClO₄的碳酸丙烯酯电解液，LiCl/PVA,H₂SO₄/PVA凝胶电解质等，且不限于此。

再请参阅图8所示，所述工作电极5可以包括光学薄膜结构，所述光学薄膜结构可以包括导电基底10、作为第二光学结构层的金属反射/透射层11和介质层12，而介质层12上方的空气层可以作为第一光学结构层，所述介质层12由电致变色材料组成。优选的，前述第二光学结构层的厚度大于0而小于20nm。

其中，参阅前文内容，本发明通过在手机主体的背面壳体设置多彩电致变色结构，以气体传感器单元感应环境中气体，通过CPU信息处理技术计算出气体种类和浓度并控制多彩电致变色结构显示出丰富多彩的颜色变化，温度传感器单元感测环境温度，向用户展示其所处环境的气体信息，结构简单，操作便捷且省时，可广泛应用于多种气体检测场合。以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

图1为本发明一典型实施例中的可检测环境气体的多功能手机包括手机主体100，用于检测环境气体的气体传感器单元200，用于感测环境温度的温度传感器单元300，用于跟随电信号变化而变色的多彩电致变色结构400，用于信息处理的CPU，用于接收信息的应用软件，所述的多彩电致变色结构400覆盖于手机主体100的背面，所述的气体传感器单元200和温度传感器单元300分别镶嵌于多彩电致变色结构400上，所述气体传感器单元200输出端连接CPU，所述温度传感器单元300输出端连接CPU，所述CPU接收电信号并控制多彩电致变色结构显示出丰富多彩的颜色变化，温度传感器单元感测环境温度，向用户展示其所处环境的气体信息，所述应用软件接收可接收详细消息。

如图1和图2所示，本实施例中，手机主体100的背面设置有气体传感器单元200，将手机主体放置于环境气氛中，比如检测空气污染(PM2.5或者汽车尾气)，气体传感器单元200可以感测到环境气体，并将感测的信号传送给CPU，CPU将接收的信号做出计算处理，分为诸多等级并控制电池输出相应的电压，所输出电压施加于多彩电致变色结构上。例如1级空气污染输出1-1.5V，2级空气污染输出1.5-2V,3级空气污染输出2-2.5V，4级空气污染输出2.5-3V，5级空气污染输出3-3.5V，6级空气污染输出3.5-4V。本实施例的多彩电至变色结构400覆盖于手机主体100的背面，多彩电至变色结构400的接收电压端口与手机的电池相连接。所述的多彩电致变色结构可跟随电信号变化而变色，其结构示意图如图3所示，包括第一基板，第一透明导电层，多彩电致变色层(即“工作电极”)，电解质层，离子存储层，第二透明导电层和第二基板。其中所述电致变色层(即“工作电极”)如图4所示，由金属层和介质层组成，介质层由电致变色材料构成。由于电致变色层的颜色变化受制于电压的高低，在本实施例中，当气体浓度的等级不同时，CPU控制电池输出至多彩电致变色结构400的电压就不同，多彩电致变色结构400也会呈现出丰富多彩的颜色与之相对应，当气体浓度等级足够高到危害人体健康时，CPU控制电池输出相应的电压至多彩电致变色层结构400，多彩电致变色结构400呈现出另一种颜色，例如原本红色的多彩电致变色结构400变成墨绿色，以提醒使用者注意空气质量，适当远离或采取相措施等。当然，需要说明的是，本实施中的手机中的一款应用软件也连接CPU，CPU同时可以将气体种类和浓度等级详细地显示在应用软件中。为了增加手机使用功能，与气体检测功能相匹配，还在手机主体100地背面设置了温度传感器单元300，用于感测环境温度，温度传感器单元与CPU相连接，温度传感器单元将感测地信号传输至CPU中，CPU将信息传输到应用软件中显示出来。其中，气体传感器单元200，温度传感器单元300分别设置于多彩电致变色结构中。

实施例2

该实施例提供了另一种可检测环境气体的多功能手机包括手机主体100，用于检测环境气体的气体传感器单元200，用于感测环境温度的温度传感器单元300，用于跟随电信号变化而变色的多彩电致变色结构400，用于信息处理的CPU，用于接收信息的应用软件，用于发出警报声的喇叭，所述的多彩电致变色结构400覆盖于手机主体100的背面，所述的气体传感器单元200和温度传感器单元300分别镶嵌于多彩电致变色结构400上，所述气体传感器单元200输出端连接CPU，所述温度传感器单元300输出端连接CPU，所述CPU接收电信号并控制多彩电致变色结构显示出丰富多彩的颜色变化，温度传感器单元感测环境温度，向用户展示其所处环境的气体信息，所述应用软件接收可接收详细消息，所述的警报喇叭集成在温度传感单元300上，由应用软件控制。本实施例中，手机主体100的背面设置有气体传感器单元200，将手机主体放置于环境气氛中，比如检测实验室氢气泄漏，气体传感器单元200可以感测到环境气体，并将感测的信号传送给CPU，CPU将接收的信号做出计算处理，分为诸多等级并控制电池输出相应的电压，所输出电压施加于多彩电致变色结构上。例如1级氢气泄漏输出1-1.5V，2级氢气泄漏输出1.5-2V,3级氢气泄漏输出2-2.5V，4级氢气泄漏输出2.5-3V，5级氢气泄漏输出3-3.5V，6级氢气泄漏输出3.5-4V。本实施例的多彩电至变色结构400覆盖于手机主体100的背面，多彩电至变色结构400的接收电压端口与手机的电池相连接。所述的多彩电致变色结构可跟随电信号变化而变色，其结构包括第一基板，第一透明导电层，多彩电致变色层(即“工作电极”)，电解质层，离子存储层，第二透明导电层和第二基板。其中所述电致变色层(即“工作电极”)，由金属层和介质层组成，介质层由电致变色材料构成。由于电致变色层的颜色变化受制于电压的高低，在本实施例中，当气体浓度的等级不同时，CPU控制电池输出至多彩电致变色结构400的电压就不同，多彩电致变色结构400也会呈现出丰富多彩的颜色与之相对应，当氢气气体浓度等级足够高时，CPU控制电池输出相应的电压至多彩电致变色层结构400，多彩电致变色结构400呈现出另一种颜色，例如原本黄色的多彩电致变色结构400变成深蓝色，以提醒使用者注意氢气泄漏问题，开窗通风或采取相应措施等。当然，需要说明的是，本实施中的手机中的一款应用软件也连接CPU，CPU同时可以将气体种类和浓度等级详细地显示在应用软件中。当气体浓度达到危险线时，应用软件可发出同时发出警报声，进一步提醒使用者注意。所述的警报喇叭可与温度传感单元集成到一处。为了增加手机使用功能，与气体检测功能相匹配，还在手机主体100地背面设置了温度传感器单元300，用于感测环境温度，温度传感器单元与CPU相连接，温度传感器单元将感测地信号传输至CPU中，CPU将信息传输到应用软件中显示出来。其中，气体传感器单元200，温度传感器单元300分别设置于多彩电致变色结构中。

对照例1

该对照例提供一种常规可检测环境气体的多功能手机包括手机主体，与前述实施例1不同之处在于：本对照例采用常规电致变色结构，用于接收信息的应用软件，用于发出警报声的喇叭。

本对照例中，手机主体的背面设置有气体传感器单元，将手机主体放置于环境气氛中，比如检测实验室氢气泄漏，气体传感器单元可以感测到环境气体，并将感测的信号传送给CPU，CPU将接收的信号做出计算处理，分为诸多等级并控制电池输出相应的电压，所输出电压施加于电致变色结构上。本实施例的常规电致变色结构覆盖于手机主体的背面，常规电致变色结构的接收电压端口与手机的电池相连接。所述的常规电致变色结构可跟随电信号变化而变色，其结构包括第一基板，第一透明导电层，电致变色层，电解质层，离子存储层，第二透明导电层和第二基板。其中所述电致变色层，由氧化钨构成。由于电致变色层的颜色变化受制于电压的高低，在本对照例中，当气体浓度的等级不同时，CPU控制电池输出至常规电致变色结构的电压就不同，电致变色结构也会呈现出不同程度的蓝色与之相对应，当氢气气体浓度等级足够高时，CPU控制电池输出相应的电压至常规电致变色层结构，常规电致变色结构呈现出深蓝色，即原本透明的常规电致变色结构变成深蓝色，以提醒使用者注意氢气泄漏问题，开窗通风或采取相应措施等。所述的常规电致变色结构由单纯的氧化钨材料构成，其颜色变化只有单一蓝色变化，用户肉眼分辨难。

对照例2

该对照例提供一种常规可检测环境气体的多功能手机包括手机主体，与前述实施例1不同之处在于：本对照例采用常规电致变色结构，用于接收信息的应用软件，用于发出警报声的喇叭。

本对照例中，手机主体的背面设置有气体传感器单元，将手机主体放置于环境气氛中，比如检测空气污染(PM2.5或者汽车尾气)，气体传感器单元可以感测到环境气体，并将感测的信号传送给CPU，CPU将接收的信号做出计算处理，分为诸多等级并控制电池输出相应的电压，所输出电压施加于常规电致变色结构上。常规电电致变色结构的接收电压端口与手机的电池相连接。所述的常规电致变色结构可跟随电信号变化而变色，其结构包括第一基板，第一透明导电层，常规电致变色层，电解质层，离子存储层，第二透明导电层和第二基板。其中所述常规电致变色层，由聚苯胺构成。由于电致变色层的颜色变化受制于电压的高低，在本对照例中，当气体浓度的等级不同时，CPU控制电池输出至常规电致变色结构的电压就不同，常规电致变色结构也会呈现出黄-黄绿-绿-蓝这几种颜色与之相对应，当气体浓度等级足够高到危害人体健康时，控制电池输出相应的电压至常规电致变色层结构，常规电致变色结构呈现出另一种颜色，例如原本绿色的常规电致变色结构变成蓝色，以提醒使用者注意空气质量，适当远离或采取相措施等。所述的常规电致变色结构由单纯的聚苯胺材料构成，其颜色变化少，与用户互动性小。

实施例3

该实施例提供的一种多彩电致变色结构的工作电极包括第一光学结构层、第二光学结构层、介质层和基底层，其可以参阅图6所示。

其中，第一光学结构层为空气，第二光学结构为金属钨(W)层，介质层由氧化钨形成，而基底层可以是PET膜。

该多彩电致变色结构的工作电极的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层钨膜，优选的，钨膜的厚度选择溅射为约10nm。之后在钨膜上再通过磁控溅射溅射一层氧化钨层。优选的，氧化钨层的厚度设置在100nm～400nm。

当然，前述的钨膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钨层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。参阅图8所示，控制氧化钨层的厚度不同，从第一光学结构层一侧方向看，可以得到反射丰富绚丽颜色的光学薄膜结构。

参阅图9所示，不同氧化钨厚度下(图8中)，从基底层方向看，其对应反射颜色也呈现丰富绚丽的颜色，且这种颜色与从第一光学结构层方向看得到的颜色截然不同。

参阅图10所示，图8所示不同氧化钨厚度下，透过本实施例光学薄膜结构，可以得到透射结构色，所述的透射结构色同样呈现出丰富绚丽的颜色。因此，本实施例光学薄膜结构的透射颜色的透过率由金属钨层和氧化钨层厚度决定。

实施例4

该实施例提供的一种多彩电致变色结构的工作电极包括第一光学结构层、第二光学结构层、介质层和基底层，其可以参阅图8所示。

其中，第一光学结构层为空气，第二光学结构为金属银(Ag)层，介质层由二氧化钛形成，而基底层可以是PET膜。

该多彩电致变色结构的工作电极的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层银膜，优选的，银膜的厚度选择溅射为约2nm。之后在钨膜上再通过磁控溅射溅射一层二氧化钛层，优选的，二氧化钛层的厚度设置在100nm～400nm。

当然，前述的银膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的二氧化钛层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。本实施例工作电极结构展示出与实施例3工作的电极结构类似的性质，即，从两侧面观察，呈现出不同的颜色。另外还具有透射结构色。

实施例5

该实施例提供的一种多彩电致变色结构的工作电极包括依次在基底上形成的第一介质层、第二光学结构层、第二介质层、第一光学结构层。

其中，增加的第二介质层可提高颜色亮度与饱和度。

参见图13所示，所述光学薄膜结构的第一光学结构层为空气，第二光学结构层为金属钨(W)，第一、第二介质层由氧化钨形成，而基底层可以是PET膜。

该多彩电致变色结构的工作电极的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层氧化钨层，优选的，氧化钨层的厚度设置在1nm～400nm。然后再通过磁控溅射方法溅射一层钨膜，优选的，钨膜的厚度为约10nm。之后在钨膜上再通过磁控溅射溅射一层氧化钨层，优选的，氧化钨层的厚度设置在100nm～400nm。

当然，前述的钨膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钨层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。参阅图14所示，控制钨层和PET基底之间的氧化钨层的厚度不同，从第一光学结构层一侧方向看，可以得到反射丰富绚丽颜色的工作电极结构。

参阅图15所示，在图12所示的不同氧化钨厚度下，从基底层一侧方向看，其对应反射颜色也呈现丰富绚丽的颜色，且这种颜色与从薄膜方向看得到的颜色截然不同。

再请参阅图16所示，在图14所示的不同氧化钨厚度下，透过所述工作电极结构，可以得到透射结构色，所述的透射结构色同样呈现出丰富绚丽的颜色，所述工作电极结构的透射颜色的透过率由金属钨层和氧化钨层厚度决定。

实施例6：

该实施例提供的一种多彩电致变色结构的工作电极结构包括依次在基底上形成的第二光学结构层、介质层、第一光学结构层。

其中，第一光学结构层为金属钨(W)膜，第二光学结构层为金属铝(Al)膜，介质层由硫化锌(ZnS)形成，而基底层可以是PET膜。

该多彩电致变色结构的工作电极结构的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层金属铝膜，优选的，铝膜的厚度设置在15nm。然后再通过磁控溅射方法溅射一层硫化锌层，优选的，硫化锌的厚度选择溅射为100nm～400nm。之后在硫化锌层上再通过磁控溅射溅射一层钨膜层，优选的，钨膜层的厚度设置在0～50nm。

当然，前述的钨膜和铝膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的硫化锌层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。

本实施例多彩电致变色结构的工作电极结构从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

实施例7：

该实施例提供的一种多彩电致变色结构的工作电极结构包括依次在基底上形成的第二光学结构层、介质层、第一光学结构层。

其中，第一光学结构层为空气，第二光学结构层为金属铝(Al)膜，介质层由硅单质形成，而基底层可以是PET膜。

该多彩电致变色结构的工作电极结构的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层金属铝膜，优选的，铝膜的厚度设置在5nm。然后再通过磁控溅射方法沉积一层硅膜层，优选的，硅膜层的厚度选择溅射为100nm～400nm。

当然，前述的铝膜和硅膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。本实施例工作电极结构从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

实施例8：

该实施例提供的一种多彩电致变色结构的工作电极结构包括依次在基底上形成的第二光学结构层、介质层、第一光学结构层。

其中，第一光学结构层为金属银(Ag)膜，第二光学结构层为金属铝(Al)膜，介质层由普鲁士蓝形成，而基底层可以是PET/ITO膜。

该多彩电致变色结构的工作电极结构的制备方法如下：在干净的PET/ITO衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层金属铝膜，优选的，铝膜的厚度设置在10nm。然后再通过电沉积方法沉积一层普鲁士蓝层，优选的，普鲁士蓝的厚度选择为100nm～2000nm。之后在普鲁士蓝层上再通过磁控溅射溅射一层银膜层，优选的，银膜层的厚度设置在0～50nm。当然，前述的银膜和铝膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的普鲁士蓝层可以采用电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。

本实施例工作电极结构从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

实施例9：

本实施例提供了一种器件，其可以被认为是一种反射/透射双模式多彩电致变色器件，包括工作电极、电解质层和对电极，电解质层设于工作电极和对电极之间。

参见图17所示，该工作电极包括设置在导电基底上的光学薄膜结构，该光学薄膜结构包括第一、二光学结构层和介质层，其中空气作为第一光学结构层，第二光学结构层由金属钨(W)形成，介质层由氧化钨形成。而基底可以是PET/ITO等。

该工作电极的其制备方法如下：在干净的PET/ITO膜上，先通过磁控溅射方法溅射一层钨膜，优选的，钨膜的厚度选择溅射为约10nm。之后在钨膜上再磁控溅射溅射一层氧化钨层，优选的，氧化钨层的厚度设置为100nm～400nm。

当然，前述的钨膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钨层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积等业界已知的方式制备。

本实施例的工作电极从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

再将前述的工作电极与一对电极(例如NiO对电极)配合，并在两者之间封装AlCl₃电解液，之后引出导线，即可制备出本实施例的多彩电致变色器件。通过向该多彩电致变色器件加载电压，还可对工作电极的颜色进行进一步调制，使其在更多种颜色之间变换，特别是工作电极两侧的颜色变化还不完全相同，具体参见图18所示。

实施例10：

本实施例提供了一种光学器件，其可以被认为是一种反射/透射双模式多彩电致变色器件，包括工作电极、电解质层和对电极，电解质层设于工作电极和对电极之间。

该工作电极包括设置在导电基底上的光学薄膜结构，该光学薄膜结构包括第一、二光学结构层和介质层，其中第一光学结构层由金属钨(W)形成，第二光学结构层由金属银(Ag)形成，介质层由二氧化钛(TiO₂)形成。而基底可以是PET/AgNWs。

该工作电极的其制备方法如下：在干净的PET/AgNWs膜上，先通过磁控溅射方法溅射一层银膜，优选的，银膜的厚度选择溅射为约10nm。之后在银膜上再磁控溅射溅射一层氧化钛层，优选的，二氧化钛层的厚度设置为100nm～400nm。然后在二氧化钛层上再磁控溅射溅射一层钨膜，优选的，钨膜的厚度选择溅射为约5nm。

该光学器件可以参阅实施例11的方式组装形成。

当然，前述的银膜和钨膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钛层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积等业界已知的方式制备。

本实施例的工作电极从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

再将前述的工作电极与一对电极(例如NiO对电极)配合，并在两者之间设置LiCl/PVA凝胶电解质，之后引出导线，即可制备出本实施例的多彩电致变色器件。通过向该多彩电致变色器件加载电压，通过调整电压范围，还可对工作电极的颜色进行进一步调制，使其在更多种颜色之间变换，特别是工作电极两侧的颜色变化还不完全相同。本实施例的多彩电致变色器件加载电压导致颜色变化展示出与实施例9颜色变化类似的性质。

实施例11：

本实施例提供了一种光学器件，其可以被认为是一种反射/透射双模式多彩电致变色器件，包括工作电极、电解质层和对电极，电解质层设于工作电极和对电极之间。

该工作电极包括设置在导电基底上的光学薄膜结构，该光学薄膜结构包括第一、二光学结构层和介质层，其中第一光学结构层为空气，第二光学结构为金属铜(Cu)层，介质层由氧化钒(V₂O₅)形成，而基底层可以是PET/ITO。

该光学薄膜结构的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层铜膜，优选的，铜膜的厚度选择溅射为约15nm。之后在铜膜上再通过磁控溅射溅射一层氧化钒层，优选的，氧化钒层的厚度设置在100nm～400nm。

当然，前述的铜膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钒层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。本实施例的工作电极从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

该光学器件可以参阅实施例9的方式组装形成。

再将前述的工作电极与一对电极(例如NiO对电极)配合，并在两者之间设置LiCl/HCl/AlCl₃/NaCl/PVA混合离子凝胶电解质。通过向该多彩电致变色器件加载电压，通过调整电压范围，还可对工作电极的颜色进行进一步调制，使其在更多种颜色之间变换，特别是工作电极两侧的颜色变化还不完全相同。本实施例的多彩电致变色器件加载电压导致颜色变化展示出与实施例9颜色变化类似的性质。

实施例12：

本实施例提供了一种光学器件，其可以被认为是一种反射/透射双模式多彩电致变色器件，包括工作电极、电解质层和对电极，电解质层设于工作电极和对电极之间。

该工作电极包括设置在导电基底上的光学薄膜结构，该光学薄膜结构包括第一、二光学结构层和介质层，其中空气作为第一光学结构层，第二光学结构层由金属钨(W)形成，介质层由氧化钨(WO₃)形成。而基底可以是PET/ITO。

该工作电极的其制备方法如下：在干净的PET/ITO膜上，先通过磁控溅射方法溅射一层银膜，优选的，钨膜的厚度选择溅射为约10nm。之后在银膜上再磁控溅射溅射一层氧化钨层，优选的，氧化钨层的厚度设置为100nm～400nm。

当然，前述的钨膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钨层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积等业界已知的方式制备。

本实施例的工作电极从两侧面观察会呈现出不同的颜色，另外还具有透射结构色。

在前述的工作电极上通过磁控溅射方法溅射一层钛酸镧锂薄膜作为固态电解质，优选的钛酸镧锂薄膜的厚度为500nm。

再将该工作电极及固态电解质与一对电极(例如IrO₂对电极)配合，之后引出导线，即可制备出本实施例的多彩电致变色器件。通过向该多彩电致变色器件加载电压，还可对工作电极的颜色进行进一步调制，使其在更多种颜色之间变换，特别是工作电极两侧的颜色变化还不完全相同。本实施例的多彩电致变色器件加载电压导致颜色变化展示出与实施例11颜色变化类似的性质。

对照例3：

该对照例提供的一种光学薄膜结构包括第一光学结构层、第二光学结构层、介质层和基底层。

其中，第一光学结构层为空气，第二光学结构不存在(无钨膜)，介质层由氧化钨形成，而基底层可以是PET膜。

该光学薄膜结构的制备方法如下：在干净的PET衬底上，通过磁控溅射溅射一层氧化钨层，优选的，氧化钨层的厚度设置在100nm～400nm。

控制氧化钨层的厚度不同，从第一光学结构层一侧方向看，得到的是透明无颜色的光学薄膜结构。

不同氧化钨厚度下，从基底层方向看，其对应颜色也为透明无颜色，且这种颜色与从第一光学结构层方向看得到的颜色完全相同。

不同氧化钨厚度下，透过本对照例光学薄膜结构，得到的仍是透明无颜色的光学薄膜结构。

对照例4：

该对照例提供的一种光学薄膜结构包括第一光学结构层、第二光学结构层、介质层和基底层。

其中，第一光学结构层为空气，第二光学结构为金属钨(W)层，介质层由氧化钨形成，而基底层可以是PET膜。

该光学薄膜结构的制备方法如下：在干净的PET衬底上，先通过磁控溅射方法溅射一层钨膜，优选的，钨膜的厚度选择溅射为约100nm。之后在钨膜上再通过磁控溅射溅射一层氧化钨层，优选的，氧化钨层的厚度设置在100nm～400nm。

当然，前述的钨膜也可以采用电子束蒸发、热蒸发等业界已知的方式制备。前述的氧化钨层可以采用电子束蒸发、热蒸发、电化学沉积、溶胶凝胶技术等业界已知的方式制备。控制氧化钨层的厚度不同，从第一光学结构层一侧方向看，可以得到反射丰富绚丽颜色的光学薄膜结构。

不同氧化钨厚度下，从基底层方向看，其对应反射颜色仅呈现出金属钨膜的颜色(银白色)。不同氧化钨厚度下，透过本对照例光学薄膜结构，发现无透过性。

此外，本申请的发明人还以本说明书列出的其他介质材料、金属反射材料、基底材料等替代前述实施例中的相应材料进行了试验，发现所获的电致变色结构及可检测环境气体的多功能手机均具有相似的优点。

采用上述各个技术方案，本发明通过在手机主体地背面设置多彩电致变色结构，以气体传感器单元检测环境中气体，通过CPU计算出气体地种类和浓度并控制多彩电致变色结构变化出对应地颜色，温度传感器单元感测环境温度，结构简单，操作便捷且省时，可广泛应用于多种气体检测场合。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种可检测环境气体的多功能手机，其特征在于包括：

手机主体，

气体传感器单元，至少用以检测环境气体；

温度传感器单元，至少用以检测温度；

多彩电致变色结构，其至少能够根据电信号变化而变色；

信息处理单元，至少用以计算环境气体的种类和浓度，并能够调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色；以及，

信息接收单元，至少用以接收所述信息处理单元的信号，并显示环境气体的种类和浓度、温度；

其中，所述多彩电致变色结构覆设于所述手机主体上，所述气体传感器单元、温度传感器单元均设置于所述多彩电致变色结构表面，且所述气体传感器单元、温度传感器单元还分别与所述信息处理单元连接；

其中，所述多彩电致变色结构包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间，其特征在于：所述工作电极包括彼此相对且平行设置的第一光学结构层和第二光学结构层，所述第一光学结构层、第二光学结构层是光学反射性和/或光学透射性的，所述第一光学结构层和第二光学结构层之间设置有介质层，所述介质层由电致变色材料组成，所述介质层与第一光学结构层、第二光学结构层的结合界面分别为所述介质层的第一表面、第二表面，所述第一表面、第二表面与介质层组成光学腔；在入射光从第一光学结构层或第二光学结构层入射所述光学腔时，于所述第一表面形成的反射光和于所述第二表面形成的反射光的相移

d为所述介质层的厚度，

为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，

为所述入射光在透过所述第一表面或第二表面时的折射角。

2.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：若定义所述第一光学结构层的折射率为

则所述第一表面的反射系数

其中

为入射光于第一表面的入射角；

和/或，若定义所述第二光学结构层的折射率为

则所述第二表面的反射系数

其中

为入射光在透过第二表面时的折射角。

3.根据权利要求2所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述工作电极的反射系数表示为：

反射率表示为：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：若定义所述第一光学结构层的折射率为

则所述第一光学结构层的透射系数

其中

为入射光于第一表面的入射角；

和/或，若定义所述第二光学结构层的折射率为

则所述第二光学结构层的透射系数

其中

为入射光在透过第二表面时的折射角。

5.根据权利要求4所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述工作电极的透射系数表示为：

透过率表示为：

6.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述工作电极具有光学透射工作模式、光学反射工作模式或者光学透射及反射工作模式；优选的，在所述光学反射工作模式下，所述工作电极具有双面不对称结构色，而在所述光学透射工作模式下，所述工作电极具有透明结构色。

7.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：第一光学结构层、第二光学结构层中的任一者为金属层，另一者由气体组成，所述气体包括空气；或者，第一光学结构层、第二光学结构层均为金属层。

8.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述工作电极包括一个或多个第一光学结构层、一个或多个介质层和一个或多个第二光学结构层。

9.根据权利要求8所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述工作电极包括多个第一光学结构层和/或多个第二光学结构层以及多个介质层。

10.根据权利要求8所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述第一光学结构层和第二光学结构层中至少一者的材质包括金属材料；优选的，所述金属材料包括钨，金，银，铜，钛，铝，铬，铁，钴，镍，铂，锗，钯中的任意一种或多种的组合；和/或，所述第一光学结构层和第二光学结构层中至少一者的厚度为0～2000nm。

11.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述介质层的材质选自有机材料或无机材料；

优选的，所述无机材料包括金属单质或非金属单质、无机盐、氧化物中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述非金属单质包括单晶硅、多晶硅、金刚石中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述无机盐包括氟化物、硫化物、硒化物、氯化物、溴化物、碘化物、砷化物或碲化物中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述氧化物包括WO₃、NiO、TiO₂、Nb₂O₅、Fe₂O₃、V₂O₅、Co₂O₃、Y₂O₃、Cr₂O₃、MoO₃、Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZnO、MnO₂、CaO、ZrO₂、Ta₂O₅、Y₃Al₅O₁₂、Er₂O₃、IrO₂中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述氟化物包括MgF₂、CaF₂、GeF₂、YbF₃、YF₃、Na₃AlF₆、AlF₃、NdF₃、LaF₃、LiF、NaF、BaF₂、SrF₂中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述硫化物包括ZnS、GeS、MoS₂、Bi₂S₃中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述硒化物包括ZnSe，GeSe、MoSe₂、PbSe、Ag₂Se中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述氯化物包括AgCl、NaCl、KCl中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述溴化物包括AgBr、NaBr、KBr、TlBr、CsBr中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述碘化物包括AgI、NaI、KI、RbI、CsI中任意一种或多种的组合；

更优选的，所述砷化物包括GaAs；

更优选的，所述锑化物包括GdTe；

优选的，所述介质层的材质包括SrTiO₃、Ba₃Ta₄O₁₅、Bi₄Ti₃O₂、CaCO₃、CaWO₄、CaMnO₄、LiNbO₄、普鲁士蓝、普鲁士黑、普鲁士白、普鲁士绿中任意一种或多种的组合；

优选的，所述介质层的材质包括液晶材料或MOF材料；

优选的，所述有机材料包括有机小分子化合物和/或聚合物；

更优选的，所述有机材料包括紫罗精、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚咔唑、酞菁、对苯二甲酯、二甲基联二苯胺、四噻富烯、烷基联吡啶、吩噻唑、聚酰胺、环氧树脂、聚二炔中任意一种或多种的组合；

和/或，所述介质层厚度为0.001～2000nm，优选为100～500nm；

更优选的，所述介质层的材质选自无机电致变色材料和/或有机电致变色材料。

12.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：

所述介质层与第一光学结构层或第二光学结构层之间还分布有优化介质层；

或者，所述第一光学结构层或第二光学结构层上设有优化介质层；

优选的，所述优化介质层的材质包括WO₃、NiO、TiO₂、Nb₂O₅、Fe₂O₃、V₂O₅、Co₂O₃、Y₂O₃、Cr₂O₃、MoO₃、Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZnO、MnO₂、CaO、ZrO₂、Ta₂O₅、Y₃Al₅O₁₂、Er₂O₃、ZnS、MgF₂、氮化硅中的任意一种或多种的组合；

优选的，所述优化介质层的厚度为0～2000nm。

13.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述第一光学结构层或第二光学结构层还与基底结合；优选的，所述基底为透明或半透明的；更优选的，所述基底包括的材质包括玻璃、有机玻璃、PET、PES、PEN、PC、PMMA、PDMS中的任意一种或多种的组合；更优选的，所述基底上还设置有导电层；优选的，所述导电层包括FTO、ITO、Ag纳米线、Ag纳米网栅、碳纳米管、石墨烯中的任意一种或多种的组合。

14.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述多彩电致变色结构还包括离子导电层、离子存储层和透明导电层。

15.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述对电极包括透明导电电极或半透明导电电极；优选的，所述透明导电电极与介质层之间还设有离子存储层；和/或，所述电解质包括液体电解质、凝胶电解质或固态电解质；优选的，所述电解质采用固态电解质；更优选的，所述多彩电致变色结构是全固态结构的。

16.根据权利要求1所述的可检测环境气体的多功能手机，其特征在于：所述气体传感器单元包括PM2.5传感器、湿度传感器、酒精传感器、氢气传感器、氨气传感器、煤气瓦斯传感器、NO_x传感器、CO传感器、CO₂传感器、SO_x传感器、H₂S传感器、苯传感器、甲醛传感器中的任意一种或两种以上的组合。

17.权利要求1-16中任一项所述的可检测环境气体的多功能手机于环境气体检测领域中的应用。

18.一种检测环境气体的方法，其特征在于所述方法主要基于权利要求1-16中任一项所述的可检测环境气体的多功能手机而实施，并且所述方法包括：

将工作电极、对电极与电源连接形成工作电路；

气体传感器单元检测环境气体，温度传感器单元检测温度，并将获得的环境气体的种类和浓度、温度信息输送至信息处理单元，所述信息处理单元调控所述多彩电致变色结构的透光率而使所述多彩电致变色结构变色；

所述信息接收单元接收所述信息处理单元的信号，并显示环境气体的种类和浓度、温度。

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