CN113848669A - 一种性能优化的电致变色器件及其制备方法 - Google Patents

一种性能优化的电致变色器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113848669A
CN113848669A CN202111289755.4A CN202111289755A CN113848669A CN 113848669 A CN113848669 A CN 113848669A CN 202111289755 A CN202111289755 A CN 202111289755A CN 113848669 A CN113848669 A CN 113848669A
Authority
CN
China
Prior art keywords
color
polymer
layer
liquid
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111289755.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113848669B (zh
Inventor
陶益杰
邢国强
张世国
王�义
张妍
李�瑞
甘沅丰
崔光振
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Unit 25 Unit 96901 Chinese Pla
Hunan University
Original Assignee
Unit 25 Unit 96901 Chinese Pla
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unit 25 Unit 96901 Chinese Pla, Hunan University filed Critical Unit 25 Unit 96901 Chinese Pla
Priority to CN202111289755.4A priority Critical patent/CN113848669B/zh
Publication of CN113848669A publication Critical patent/CN113848669A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113848669B publication Critical patent/CN113848669B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/1533—Constructional details structural features not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/155—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/157—Structural association of cells with optical devices, e.g. reflectors or illuminating devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F2001/164—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect the electrolyte is made of polymers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

本发明提供了一种性能优化的电致变色器件，它包括依次叠合并封装于一体的第一基底、第一变色层、聚合物基准电解质层、第二变色层和第二基底层；所述聚合物基电解质层与第二变色层的界面层填充有界面浸润液体，所述界面浸润液体为与聚合物基电解质层中的电解质相同的液体，其中界面浸润液体包括离子液体和/或碳酸丙烯酯有机溶液，所述离子液体为1‑乙基‑3‑甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1‑丁基‑3‑甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1‑丁基‑1‑甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1‑乙基‑3‑甲基四氟硼酸盐和1‑丁基‑3‑甲基四氟硼酸盐中的一种或多种。本发明可显著提升电致变色器件的变色效果、开关时间、界面阻抗和光学特性。

Description

一种性能优化的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领域，具体涉及一种性能优化的电致变色器件及其制备方法。
背景技术
电致变色现象是指材料在外加电压的作用下，发生可逆氧化还原反应，并伴随着光学特性(反射率、透光率、吸光度等)可逆变化的一种现象，在外观上表现为有色到透明的一种变化。具有电致变色现象的材料称为电致变色材料。电致变色器件是指基于电致变色材料制备而成的一种在外加电压刺激下可以做出智能响应的光电器件。其结构一般为典型的三明治结构，即在两个透明电极之间组装电致变色层，电解质层，以及离子储存层(对电极层)。当施加一个外在电压后起到主要变色效果的电致变色材料发生氧化或还原反应，从而使自身颜色状态发生改变，当施加一个反向电压后，材料又会发生一个可逆的还原或氧化反应，使颜色恢复。电解质层起到离子传输的作用，使阴阳离子在两电极之间传输，能够维持电致变色材料的电中性。离子存储层的作用是存储反离子，实现器件的记忆效应，同时也可以是与电致变色层材料性能完全相反的材料，从而实现器件颜色的互补。
电解质在电致变色器件中起到隔离电极以及传输离子的作用，对于器件性能起到关键作用，分为液态电解质、准固态电解质以及固态电解质。液态电解质具有很高的电导率，以及与电极之间有很好的浸润性，但是由于液态电解质在电致变色器件中存在封装工艺复杂以及泄露的问题，限制了它的应用。同时，随着柔性电子器件的发展，越来越多的人把目光集中到了准固态电解质以及固态电解质的研究上。研究主要集中在电解质的电导率、透光度以及机械性能上面，相比于全固态电解质，准固态电解质能够体现出电导率高，透光度好的优点，但是其机械性能却存在短板。固态电解质可以具有优良的机械强度，在柔性电致变色器件中具有很大的应用前景。然而却很少有人关注电致变色器件中的界面问题。由于固态电解质以及经过复合材料改性的准固态电解质具有一定高的机械强度，往往表面较硬，与电极之间的亲和不好，因此存在很大的界面阻抗，影响电解质中的阴离子传输，从而导致阴离子掺入困难，导致不能变色或者变色时间很长的问题。
发明内容
本发明目的是克服以上技术的不足，提供一种一种性能优化的电致变色器件及其制备方法，其制备方法简便的、性能改善有效，能提升电解质与电极之间的亲和性，降低阴离子掺入的阻力，提升离子传输速率，同时，从而改善电致变色器件的一些光学特性和变色性能。
本发明是这样实现的，选用常用的液体与变色材料混合喷涂成膜或者在电解质层与电极材料之间滴适当的离液体进行浸润，在电解质与电极之间加一层可以传输离子的液态界面，减少固固界面之间的阻抗，以达到降低界面界面阻抗，提升器件效率的目的。
本发明的技术方案是，一种性能优化的电致变色器件，它包括依次叠合并封装于一体的第一基底、第一变色层、聚合物基准电解质层、第二变色层和第二基底层；所述聚合物基电解质层与第二变色层的界面层填充有界面浸润液体，所述界面浸润液体为与聚合物基电解质层中的电解质相同的液体。
进一步的，上述界面浸润液体包括离子液体和/或碳酸丙烯酯有机溶液，所述离子液体为1-乙基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐中的一种或多种。
进一步的，上述第一基底和第二基底为ITO玻璃或者ITO-PET；所述第一变色层、聚合物基电解质层、第二变色层均设置于ITO玻璃或者ITO-PET的导电面上；所述第一变色层和第二变色层中的电致变色材料均为有机聚合物材料，所述有机聚合物材料选自聚噻吩、聚吡咯和聚吲哚及其衍生物、聚苯胺的一种或者几种。
进一步的，上述第一变色层和第二变色层中的电致变色材料分别各自独立地选自聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、聚3，4-丙撑二氧噻吩(Prodot)、聚三甲基噻吩(PMET)、聚(5-醛基吲哚)(P5TIn)、聚(6-羧基吲哚)(PICA)、和聚苯胺(PANI)中的一种；且所述第一变色层与第二变色层中的电致变色材料的结构不同。
进一步的，上述聚合物基电解质按如下步骤得到：
步骤一：称取一定量聚合物，溶于丙酮与DMF的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液；所述聚合物的量占不含溶剂的聚合物电解质总质量的50％-60％；
步骤二：向步骤一中得到的透明溶液中加入一定质量的液态电解质，搅拌混合均匀，得到喷涂之前的聚合物基电解质；所述液态电解质的量占不含溶剂的聚合物电解质总质量的40％-50％。
进一步的，上述聚合物基电解质中的聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、热塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的一种。
进一步的，上述液态电解质为摩尔浓度为0.5-1.2mol/l的双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的离子液体溶液或浓度为0.5-1.2mol/l的高氯酸锂的碳酸丙烯酯溶液；所述离子液体为1-乙基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基四氟硼酸盐以及1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐中的一种。
本发明同时提供了上述性能优化的电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用喷涂的方式，在第一基底上喷涂第一变色层的电致变色材料溶液，烘干成膜，得到第一基底上的第一变色层；
步骤二：继续使用喷涂的方式，将聚合物基电解质溶液喷到步骤一的第一变色层上，真空干燥10h，在第一变色层上得到聚合物基电解质层；
步骤三：将第二变色层的电致变色材料溶液喷涂到第二基底上，干燥，得到第二基底上的第二变色层，备用；
步骤四：将步骤二中第一基底上的聚合基电解质溶液层与步骤三中第二基底上的第二变色层贴合，在二者的贴合面中填充界面浸润液体；
步骤五：最后，使用器件封装胶将贴合后的第一基底和第二基底整体密封；
所述二者的贴合面中填充界面浸润液体的方法包括下列方法中的一种：第一种方法是在二者的贴合面中滴入界面浸润液体，挤压使所述界面浸润液体覆盖贴合面；第二种方法是：先将界面浸润液体在乙醇中稀释，再将第二变色层中的变色材料溶液与浸润液体溶液，混合中，变色材料与浸润液体按照等摩尔比混合。
进一步的，上述步骤一之前，还包括对ITO基底进行预处理的步骤：将所述ITO玻璃须分别在异丙醇、丙酮以及甲醇溶液中超声30min，最后烘干。
进一步的，上述步骤一和步骤三中，第一变色层和第二变色层的电致变色材料的溶液浓度为2-6mg/ml，溶剂为二甲苯。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的通过离子液体对全固态或者半固态电致变色器件的界面进行改善的方法，提升电解质与电极之间的亲和性，降低阴离子掺入的阻力，提升离子传输速率，有效改善因为电极与电解质接触不好导致的局部区域变色的变色不均匀问题，同时缩短阴离子在电致变色材料中的掺入时间，使变色时间提升。从光学角度上看，由于喷涂成膜在ITO表面的电致变色材料与空气之间存在界面，即使组装到电致变色器件中，电极材料与电解质之间的空气并不容易完全去除，因此此界面仍然存在，使器件的光学透光度不高，在两者之间用离子液体进行浸润，即在电极材料与电解质之间形成一个液态界面，减少界面，可以使器件的透光度提升，改善了电致变色器件的光学透光度。
附图说明
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为未用离子液体浸润的电致变色器件变色前后的透光度变化；
图2为本发明实施例中用离子液体浸润的电致变色器件变色前后的透光度变化；
图3为本发明实施例中用离子液体浸润的电致变色器件的开光时间；
图4为本发明实施例中电致变色器件浸润前后的EIS阻抗谱图；
图5为本发明实施例中电致变色器件浸润前后的光学对比图，其中(a)为界面浸润液体浸润前后的透光度对比；(b)为界面浸润液体浸润前后的吸光度对比；
图6为本发明实施例中电致变色材料混入液体前后的形貌图，其中(a)未混合离子液体的形貌图；(b)所示为与离子液体混合后的SEM形貌图。
具体实施方式
下面根据以上附图，并通过具体实施方式对本发明的目的，以及实施效果做进一步详细解释说明。
实施例1
一种电致变色器件及其性能优化方法，包括电致变色材料成膜工艺，离子传输层的成膜工艺，器件的组装工艺以及器件的优化工艺，所述电致变色材料为有机聚合物材料，成膜工艺方式为喷涂成膜；所述离子传输层为聚合物基电解质，所述离子传输层的成膜工艺也为喷涂方式；所述性能优化的电致变色器件的组装方式采用全喷涂成膜，层层叠加(LBL)的方式；所述电致变色器件的优化工艺，包括以下步骤：
步骤一：采用喷涂的方式，将第一种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml Prodot)喷涂到ITO玻璃导电面，烘干成膜；
步骤二：称占总质量60％质量的PVDF-HFP(Mn＝400000，单体比例为7：3)粉末，溶于丙酮与DMF体积比为3：1的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液，向得到的透明溶液中加入1mol/l LiTFSI/[BMIM][TFSI]液态电解质，液态电解质成分占总质量的40％，搅拌混合均匀，得到电解质溶液。继续使用喷涂的方式，将电解质溶液喷到第一电致变色聚合物层上，真空干燥10h；
步骤三：将第二种变色聚合物(PEDOT 3mg/l)作为对电极材料喷涂到另一片ITO玻璃的导电面，干燥，备用；
步骤四：将步骤二、步骤三所制备的两片ITO玻璃组合到一块，在组装之前，需在两者界面之间滴少许离子液体[BMIM][TFSI]，挤压使液体覆盖整个层面。
步骤五：最后，使用器件封装胶将四周密封。
对比例1
一种使用准固态电解质的电致变色器件的制作方法，其步骤如下：
步骤一：采用喷涂的方式，将第一种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml Prodot)喷涂到ITO玻璃导电面，烘干成膜；
步骤二：称占总质量60％质量的PVDF-HFP(Mn＝400000，单体比例为7：3)粉末，溶于丙酮与DMF体积比为3：1的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液，向得到的透明溶液中加入1mol/l LiTFSI/[BMIM][TFSI]液态电解质，液态电解质成分占总质量的40％，搅拌混合均匀，得到电解质溶液。继续使用喷涂的方式，将电解质溶液喷到变色聚合物层上，真空干燥10h；
步骤三：将第二种变色聚合物(PEDOT 3mg/l)作为对电极材料喷涂到另一片ITO玻璃的导电面，干燥，备用；
步骤四：将步骤二、步骤三所制备的两片ITO玻璃组合到一块；
步骤五：最后，使用器件封装胶将四周密封，即得到所需电致变色器件。
试验一：变色效果试验
组别：实施例1的界面优化工艺制备的电致变色器件；对比例1的制作方法制备的电致变色器件；
试验方法：通过使用化学工作站输出电致变色所需电压和使用日本岛津UV-2600紫外-可见光-分光光度计对电致变色前后的透光度变化测定；
试验结果：图1所示为对比例1的失色着色透光度的变化情况，发现失色着色的透光度曲线几乎重合，说明没有失色现象的发生，而此例中的电解质离子电导率为1.85×10- 5S/cm，满足电致变色器件的使用要求，不变色的原因为PVDF-HFP此种物质的表面能低，与电极(ITO)之间的亲和力不强，另外由于PVDF-HFP有优异的机械性能，得到的电解质膜强度可达到6.1MPa，而弹性模量较低，不易发生形变，因此很难做到通过挤压电极使电解质膜发生形变而达到与电极浸润效果，所以电解质与电极(ITO)之间的没有明显的浸润效果，因此界面的阻力太大，离子掺入不到电致变色聚合物中，因此没有失色的现象发生。使用同样的电解质得到的实施例1的界面优化工艺制备的电致变色器件，如图2所示，可以看到，在波长630nm处有40％的透光度变化，变化明显。同时图3可看到，在波长630nm处着色时间为1.4s，失色时间为2.5s，开关时间均为秒级，变色迅速。这是因为界面使用离子液体增加了界面的浸润效果，减少了界面阻力，使离子能够顺利掺入到电致变色聚合物中。
试验二：界面阻抗对比试验
组别：实施例1的界面优化工艺制备的电致变色器件；对比例1的制作方法制备的电致变色器件；
试验方法：通过使用电化学工作站进行对器件进行阻抗谱测试；
试验结果：如图4所示：由图4可见，实对比例1的制作方法制备的电致变色器件在高频区有一个很大的半圆，而实施例1的界面优化工艺制备的电致变色器件，高频区没有半圆，表明离子从电解质中掺入到发生反应的电致变色材料中比较困难，存在很大的迁入阻力，而用离子液体进行浸润后的界面，可以起到加速离子掺入，减少迁入阻力的作用，从而影响到相应的变色效果。
试验三：光学对比试验
组别：实施例1的界面优化工艺制备的电致变色器件；对比例1的制作方法制备的电致变色器件；
试验方法：通过使用日本岛津UV-2600紫外-可见光-分光光度计进行透光度和吸光度测试
试验结果：如图5所示：由图5可见，对比例1的制作方法制备的电致变色器件，其器件所表现的吸光度较高和透光度较低，而由实施例1的界面优化工艺制备的电致变色器件，其器件所表现的吸光度较高和透过度较高，这是因为增加了一个液态界面，减少了固体与介质之间的界面，减少了两者之间的折光率之差，增加光的透过。对于电致变色器件来说，透光度的提升，可以更有利于器件的应用。
实施例2
一种采用界面优化的电致变色器件，其制作方法如下：
步骤一：采用喷涂的方式，将第一种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml Prodot)喷涂到ITO玻璃导电面，烘干成膜；
步骤二：称占总质量60％质量的PVDF-HFP(Mn＝400000，单体比例为7：3)粉末，溶于丙酮与DMF体积比为3：1的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液，向得到的透明溶液中加入1mol/l LiTFSI/[BMIM][TFSI]液态电解质，液态电解质成分占总质量的40％，搅拌混合均匀，得到电解质溶液。继续使用喷涂的方式，将电解质溶液喷到变色聚合物层上，真空干燥10h；
步骤三：将第二种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml PEDOT)与[BMIM][TFSI]的乙醇溶液混合([BMIM][TFSI]与变色聚合物等摩尔比)，喷涂到ITO玻璃导电面，烘干成膜；
步骤四：将步骤二、步骤三所制备的两片ITO玻璃组合到一块；
步骤五：最后，使用器件封装胶将四周密封，即得到所需电致变色器件。
此例得到的界面优化方式为将离子液体与电致变色材料等摩尔比混合，如图6(b)所示为与离子液体混合后的SEM形貌图，与图6(a)未混合离子液体的形貌相比，液体将整个电致变色材料包覆起来，不仅填充到变色材料的间隙，而且也在表面形成一层液态膜，这样的作用有：首先，缩短了离子迁移的时间，提升变色时间；其次，在材料表面形成一层液态层提升了与电解质表面的浸润效果，减少界面阻抗，提升电致变色效果；最后，改善了器件的光学效果。
实施例3
一种采用界面优化的电致变色器件，其制作方法如下：
步骤一：采用喷涂的方式，将第一种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml Prodot)喷涂到ITO玻璃导电面，烘干成膜；
步骤二：称占总质量60％质量的PVDF-HFP(Mn＝400000，单体比例为7：3)粉末，溶于丙酮与DMF体积比为3：1的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液，向得到的透明溶液中加入1mol/l LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)液态电解质，液态电解质成分占总质量的40％，搅拌混合均匀，得到电解质溶液。继续使用喷涂的方式，将电解质溶液喷到第一电致变色聚合物层上，真空干燥10h；
步骤三：将第二种变色聚合物(PEDOT 3mg/l)作为对电极材料喷涂到另一片ITO玻璃的导电面，干燥，备用；
步骤四：将步骤二、步骤三所制备的两片ITO玻璃组合到一块，在组装之前，需在两者界面之间滴少许PC液体，挤压使液体覆盖整个层面。
步骤五：最后，使用器件封装胶将四周密封。
此例得到的准固态电解质的离子电导率为0.35×10-5S/cm，电致变色器件变色效果明显，开关时间均低于5s。界面优化效果明显。
实施例4
一种采用界面优化的电致变色器件，其制作方法如下：
步骤一：采用喷涂的方式，将第一种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml Prodot)喷涂到ITO-PET(面积15×15cm2)导电面，烘干成膜；
步骤二：称占总质量60％质量的PVDF-HFP(Mn＝400000，单体比例为7：3)粉末，溶于丙酮与DMF体积比为3：1的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液，向得到的透明溶液中加入1mol/l LiTFSI/[BMIM][TFSI]液态电解质，液态电解质成分占总质量的40％，搅拌混合均匀，得到电解质溶液。继续使用喷涂的方式，将电解质溶液喷到变色聚合物层上，真空干燥10h；
步骤三：将第二种变色聚合物的二甲苯溶液(3mg/ml PEDOT)与[BMIM][TFSI]的乙醇溶液混合([BMIM][TFSI]与变色聚合物等摩尔比)，喷涂到ITO-PET导电面，烘干成膜；
步骤四：将步骤二、步骤三所制备的两片ITO-PET(面积15×15cm2)组合到一块；
步骤五：最后，使用器件封装胶将四周密封，即得到所需电致变色器件。
此实例得到的器件为柔性电致变色器件，为保证柔性器件的机械稳定性，一般对于电解质的强度要求较高，而对于强度较高却不易发生形变的准固态电解质或者全固态电解质来说，它们与电极之间浸润性不会太好，因此需要通过其他方法解决这个问题。通过在界面层引入一层用于浸润的液体(此实例为[BMIM][TFSI]离子液体)，既不会改变电解质本身的机械性能，又不会对于器件产生不良的效果，反而使器件的变色效果更加明显，更加迅速。将柔性电致变色器件进行不断往复弯折10000次，器件依旧保证良好的机械稳定性。这得益于高强度电解质的引入。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种性能优化的电致变色器件，其特征在于，它包括依次叠合并封装于一体的第一基底、第一变色层、聚合物基准电解质层、第二变色层和第二基底层；所述聚合物基电解质层与第二变色层的界面层填充有界面浸润液体，所述界面浸润液体为与聚合物基电解质层中的电解质相同的液体。
2.根据权利要求1所述的性能优化的电致变色器件，其特征在于，
所述界面浸润液体包括离子液体和/或碳酸丙烯酯有机溶液，所述离子液体为1-乙基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的性能优化的电致变色器件，其特征在于，
所述第一基底和第二基底为ITO玻璃或者ITO-PET；所述第一变色层、聚合物基电解质层、第二变色层均设置于ITO玻璃或者ITO-PET的导电面上；
所述第一变色层和第二变色层中的电致变色材料均为有机聚合物材料，所述有机聚合物材料选自聚噻吩、聚吡咯和聚吲哚及其衍生物、聚苯胺的一种或者几种。
4.根据权利要求3所述的性能优化的电致变色器件，其特征在于，所述第一变色层和第二变色层中的电致变色材料分别各自独立地选自聚3,4-乙撑二氧噻吩、聚3，4-丙撑二氧噻吩、聚三甲基噻吩、聚(5-醛基吲哚)、聚(6-羧基吲哚)、和聚苯胺的一种；
且所述第一变色层与第二变色层中的电致变色材料的结构不同。
5.根据权利要求1所述的性能优化的电致变色器件，其特征在于，所述聚合物基电解质按如下步骤得到：
步骤一：称取一定量聚合物，溶于丙酮与DMF的混合溶液中，搅拌至全部溶解，得到清澈透明的溶液；所述聚合物的量占不含溶剂的聚合物电解质总质量的50％-60％；
步骤二：向步骤一中得到的透明溶液中加入一定质量的液态电解质，搅拌混合均匀，得到喷涂之前的聚合物基电解质；所述液态电解质的量占不含溶剂的聚合物电解质总质量的40％-50％。
6.根据权利要求5所述的性能优化的电致变色器件，其特征在于，所述聚合物基电解质中的聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、热塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的一种。
7.根据权利要求5所述的性能优化的电致变色器件，其特征在于，所述液态电解质为摩尔浓度为0.5-1.2mol/l的双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的离子液体溶液或浓度为0.5-1.2mol/l的高氯酸锂的碳酸丙烯酯溶液；
所述离子液体为1-乙基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基四氟硼酸盐以及1-丁基-3-甲基四氟硼酸盐中的一种。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的性能优化的电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用喷涂的方式，在第一基底上喷涂第一变色层的电致变色材料溶液，烘干成膜，得到第一基底上的第一变色层；
步骤二：继续使用喷涂的方式，将聚合物基电解质溶液喷到步骤一的第一变色层上，真空干燥10h，在第一变色层上得到聚合物基电解质层；
步骤三：将第二变色层的电致变色材料溶液喷涂到第二基底上，干燥，得到第二基底上的第二变色层，备用；
步骤四：将步骤二中第一基底上的聚合基电解质溶液层与步骤三中第二基底上的第二变色层贴合，在二者的贴合面中填充界面浸润液体；
步骤五：最后，使用器件封装胶将贴合后的第一基底和第二基底整体密封；
所述二者的贴合面中填充界面浸润液体的方法包括下列方法中的一种：第一种方法是在二者的贴合面中滴入浸润液体，挤压使所述浸润液体覆盖贴合面；第二种方法是：先将界面浸润液体在乙醇中稀释，再将第二变色层中的变色材料溶液与界面浸润液体混合；混合过程中，所述变色材料与界面浸润液体按照等摩尔比混合。
9.根据权利要求8所述的性能优化的电致变色器件的制备方法，其特征在于
所述步骤一之前，还包括对ITO基底进行预处理的步骤：将所述ITO玻璃须分别在异丙醇、丙酮以及甲醇溶液中超声30min，最后烘干。
10.根据权利要求8所述的性能优化的电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤三中，第一变色层和第二变色层的电致变色材料的溶液浓度为2-6mg/ml，溶剂为二甲苯。
CN202111289755.4A 2021-11-02 2021-11-02 一种性能优化的电致变色器件及其制备方法 Active CN113848669B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111289755.4A CN113848669B (zh) 2021-11-02 2021-11-02 一种性能优化的电致变色器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111289755.4A CN113848669B (zh) 2021-11-02 2021-11-02 一种性能优化的电致变色器件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113848669A true CN113848669A (zh) 2021-12-28
CN113848669B CN113848669B (zh) 2022-11-22

Family

ID=78983728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111289755.4A Active CN113848669B (zh) 2021-11-02 2021-11-02 一种性能优化的电致变色器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113848669B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4810599A (en) * 1987-03-27 1989-03-07 Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. Structure suitable for solid electrochemical elements
JPH02208638A (ja) * 1989-02-08 1990-08-20 Nikon Corp 均一着色するエレクトロクロミック素子
US20050231785A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Oh Jae S Gel polymer electrolyte containing ionic liquid and electrochromic device using the same
KR100760126B1 (ko) * 2006-08-31 2007-09-18 에스케이씨 주식회사 전기변색 소자의 제조 방법
US20120154892A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Ricoh Company, Ltd. Ion conductor and electrochromic display device
US20150378234A1 (en) * 2011-03-04 2015-12-31 Thueringisches Institut Fuer Textil- Und Kunststoff-Forschung E.V. Stable electrochromic module
CN105374980A (zh) * 2014-08-15 2016-03-02 中国科学院物理研究所 界面浸润的准固态碱金属电池、电池电极及电池制备方法
US20160181658A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite electrolyte and lithium battery including the electrolyte
US20170279155A1 (en) * 2014-08-28 2017-09-28 Applied Materials, Inc. Electrochemical device stacks including interlayers for reducing interfacial resistance and over-potential
US20170288266A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Interstellar Solid-State Li-ion Batteries Technology (Chengdu) Co., Ltd Gel Electrolyte Membrane and Method for Forming the Same, Electrode Assembly, Gel Polymer Lithium-Ion Battery and Electric Vehicle
CN109283765A (zh) * 2018-12-07 2019-01-29 哈尔滨工业大学 一种多孔聚醚醚酮电解质膜的制备方法及应用
CN109563351A (zh) * 2016-07-19 2019-04-02 国立研究开发法人物质·材料研究机构 一种含有有机/金属杂化聚合物和离子液体的复合物、使用该复合物的电致变色器件以及它们的制造方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4810599A (en) * 1987-03-27 1989-03-07 Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. Structure suitable for solid electrochemical elements
JPH02208638A (ja) * 1989-02-08 1990-08-20 Nikon Corp 均一着色するエレクトロクロミック素子
US20050231785A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Oh Jae S Gel polymer electrolyte containing ionic liquid and electrochromic device using the same
KR100760126B1 (ko) * 2006-08-31 2007-09-18 에스케이씨 주식회사 전기변색 소자의 제조 방법
US20120154892A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Ricoh Company, Ltd. Ion conductor and electrochromic display device
US20150378234A1 (en) * 2011-03-04 2015-12-31 Thueringisches Institut Fuer Textil- Und Kunststoff-Forschung E.V. Stable electrochromic module
CN105374980A (zh) * 2014-08-15 2016-03-02 中国科学院物理研究所 界面浸润的准固态碱金属电池、电池电极及电池制备方法
US20170279155A1 (en) * 2014-08-28 2017-09-28 Applied Materials, Inc. Electrochemical device stacks including interlayers for reducing interfacial resistance and over-potential
US20160181658A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite electrolyte and lithium battery including the electrolyte
US20170288266A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Interstellar Solid-State Li-ion Batteries Technology (Chengdu) Co., Ltd Gel Electrolyte Membrane and Method for Forming the Same, Electrode Assembly, Gel Polymer Lithium-Ion Battery and Electric Vehicle
CN109563351A (zh) * 2016-07-19 2019-04-02 国立研究开发法人物质·材料研究机构 一种含有有机/金属杂化聚合物和离子液体的复合物、使用该复合物的电致变色器件以及它们的制造方法
CN109283765A (zh) * 2018-12-07 2019-01-29 哈尔滨工业大学 一种多孔聚醚醚酮电解质膜的制备方法及应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUN WANG，DONG QIU ETC.: "Boosting charge-transfer kinetics and cyclic stability of", 《JOURNAL OF SCIENCE: ADVANCED MATERIALS AND DEVICES》 *
KUN WANG，DONG QIU ETC.: "Boosting charge-transfer kinetics and cyclic stability of", 《JOURNAL OF SCIENCE: ADVANCED MATERIALS AND DEVICES》, vol. 6, no. 3, 30 September 2021 (2021-09-30), pages 494 - 500 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113848669B (zh) 2022-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cannavale et al. Forthcoming perspectives of photoelectrochromic devices: a critical review
US8790537B2 (en) Process for the preparation of solid polymer electrolytes using ionic liquids
Thakur et al. Hybrid materials and polymer electrolytes for electrochromic device applications
US10545387B2 (en) Electrochromic device for applying voltage to electrodes
CN103582844B (zh) 稳定的电致变色模块
KR101731301B1 (ko) 다공성 고분자막을 이용한 전기변색소자 및 이를 포함하는 스마트 창호
CN102759835B (zh) 一种纤维状柔性电致变色器件及其制备方法
EP2951639A1 (en) Electro-chromic devices including solid or quasi-solid electrolyte layers and methods of making the same
Yang et al. Recent advances in poly (ionic liquid) s for electrochromic devices
CN112764285A (zh) 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
CN114967264B (zh) 一种电致变色凝胶和防眩光智能玻璃
EP2358817A1 (fr) Reseaux interpenetres de polymeres a emissivite modulable.
CN113848669B (zh) 一种性能优化的电致变色器件及其制备方法
CN111443544B (zh) 一种MOFs基凝胶电解质及其制备与应用
CN117111368A (zh) 一种无离子储存层的电致变色显示器件及其制备方法
CN112666770B (zh) 基于p(spma-mma)水凝胶电解质的电致变色柔性器件及其制备方法及应用
Eh et al. Advances in Polymer Electrolytes for Electrochromic Applications
US12117708B2 (en) Thermo-responsive dual band electrochromic device
CN112415826A (zh) 一种简单高效制备多色全固态电致变色器件的方法
KR102039160B1 (ko) 세공 충진 전해질 막, 이를 포함하는 전기변색소자 및 고분자 겔 전해질 조성물
Fu Polymer electrolytes for electrochromic devices
KR102688221B1 (ko) 전기 변색 조성물 및 이를 포함하는 전기 변색 소자
KR20190071996A (ko) 전기변색 소자 및 그 제조 방법, 그리고 전기변색 소자용 전해질
KR102159600B1 (ko) 준고체 전해질 조성물, 이로부터 제조된 준고체 전해질 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지
KR102258224B1 (ko) 전기변색소자

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant