CN115167048A - 电致变色近红外反射调控器件及其制备、调控方法和应用 - Google Patents

电致变色近红外反射调控器件及其制备、调控方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电致变色近红外反射调控器件及其制备、调控方法和应用，该电致变色近红外反射调控器件包括层叠设置的第一透明导电基板、有机电致变色层、电解质层和第二透明导电基板。在使用时，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压可实现对近红外反射率的动态调控。

Description

电致变色近红外反射调控器件及其制备、调控方法和应用
技术领域
本发明涉及电致变色器件技术领域，尤其是涉及一种电致变色近红外反射调控器件及其制备、调控方法和应用。
背景技术
近红外反射(NIR)辐射(700–2500nm)占据了太阳能辐射能量的52％，对各种人造混凝土建筑的能量累积和温度升高有显著的贡献，这不仅导致城市热岛效应(UHI)的负面影响，也大大增加了电能的消耗(即冷却)。制备良好的近红外反射材料是缓解热岛效应和节能的一个有效策略。近年来，近红外反射材料的研究受到研究人员的重视，主要集中在有机材料和无机材料方面。其中反射率高、易制备、性质稳定的材料在涂料和建筑领域方面早已得到广泛应用，部分有机材料(如PDI及其衍生物)和无机材料(如TiO2)反射率可达80％以上。而现有技术大多是通过设计材料结构或掺杂元素、改变粒径实现对反射率静态的调控。如专利申请CN113773329A公开了一种实现酞菁类有机材料近红外反射率被动调控的方法，其通过设计材料结构的方式实现对近红外反射率的静态调控。但以上只能实现近红外反射率的被动、静态调控，或者单纯制备高近红外反射率的材料，这已不能满足近红外反射方向的研究。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电致变色近红外反射调控器件及其制备、调控方法和应用。
本发明的第一方面，提出了一种电致变色近红外反射调控器件，包括层叠设置的第一透明导电基板、有机电致变色层、电解质层和第二透明导电基板。
根据本发明实施例电致变色近红外反射调控器件，至少具有以下有益效果：该电致变色近红外反射调控器件在第一透明导电基板和第二透明导电基板之间层叠夹设有机电致变色层和电解质层，在使用时可通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加电压，并通过调控电压，电致变色近红外反射调控器件基于其中有机电致变色层的设置，既能显示出不同颜色，也可改变近红外光谱的反射率，实现对近红外光反射率的动态调控。具体地，根据研究得出，该电致变色近红外反射调控器件的大部分反射功能主要由有机电致变色层实现，而第一透明导电基板、第二透明导电基板和电解质层基本不参与反射作用，由此，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压，主要实现电致变色近红外反射调控器件中有机电致变色层的近红外反射率调控，进而通过以上可实现对有机电致变色材料的近红外反射动态调控，同时，可为后续研究影响有机材料近红外发射率的因素提供一种新的思路和方法，并且在城市热岛效应、节能和军事涂层等领域也有很好的应用前景。
在本发明的一些实施方式中，所述有机电致变色层的材质为聚噻吩、聚3-己基噻吩、聚3,4-乙烯二氧噻吩、苝与3,4-乙烯二氧噻吩的聚合物中的至少一种。以上有机电致变色层的材料为导电聚合物，具体属于有机高分子导电聚合物，其结构特点是均存在共轭π电子结构，因为电荷注入使得π电子具有较大的共轭离域体系，其变色原理是在外电场作用下掺杂/脱掺杂电荷的过程，该过程是一个氧化还原可逆的过程(同时伴随电子的得失)。其掺杂程度可由外加电压控制，掺杂使导电聚合物的π电子共轭区域变得更大。随着离子和电子的掺杂，将在分子的价带(对应π成键轨道)与导带(对应π*反键键轨道)间诱发出极子能级和双极子能级等。不同的掺杂，形成Eg的大小也不同，较窄的Eg使价电子跃迁到极子能级变得更加容易，从而吸收或释放出光子，最终产生丰富多彩的变色现象。
在本发明的一些实施方式中，所述有机电致变色层通过电化学沉积法制得。通过电化学沉积法可提高所制得有机电致变色层的均匀性，进而提高其性能。
在本发明的一些实施方式中，所述电解质层为胶凝电解质层或电解液层。
该电致变色近红外反射调控器件中，第一透明导电基板和第二透明导电基板被配置于与电源连接，以通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压实现近红外反射率调控。在本发明的一些实施方式中，所述第一透明导电基板包括层叠设置的第一透明基板和第一透明导电层，且所述第一透明导电层设置在所述第一透明基板和所述有机电致变色层之间；和/或，所述第二透明导电基板包括层叠设置的第二透明基板和第二透明导电层，所述第二透明导电层设置在所述第二透明基板和所述电解质层之间。第一透明基板和第二透明基板可采用透明玻璃基板，第一透明导电层和第二透明导电层可为ITO导电层。
以上电致变色近红外反射调控器件本身可不配置电源，而在使用时结合外部电源使用，具体将第一透明导电基板和第二透明导电基板分别电性连接于外部电源的正极和负极，通过电源施加不同电压以调控近红外反射率。在本发明的一些实施方式中，电致变色近红外反射调控器件本身也可包括电源，所述电源与所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板电性连接，用于向所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间施加不同电压实现近红外发射率调控。
本发明的第二方面，提出了一种本发明第一方面所提出的任一种电致变色近红外反射调控器件的制备方法，其包括以下步骤：
S1、在第一透明导电基板上制备有机电致变色层；
S2、在第二透明导电基板与所述有机电致变色层之间设置电解质层。
根据本发明实施例电致变色近红外反射调控器件的制备方法，至少具有以下有益效果：通过以上制备方法制得电致变色近红外反射调控器件在第一透明导电基板和第二透明导电基板之间层叠夹设有机电致变色层和电解质层，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加电压，并通过调控电压，电致变色近红外反射调控器件基于其中有机电致变色层的设置，既能显示出不同颜色，也可改变近红外光谱的反射率，实现对近红外光反射率的动态调控。
该制备方法的步骤S1中，有机电致变色层可采用电化学沉积法制备。步骤S2具体可包括：将所述第一透明导电基板上设有所述有机电致变色层的表面与第二透明导电基板相对设置制备容置盒，而后向所述容置盒内填充电解液，使所述电解液覆盖所述有机电致变色层，形成电解质层；或者，在第二透明导电基板上设置电解质层，而后将所述有机电致变色层与所述电解质层贴合。
在本发明的一些实施方式中，该电致变色近红外反射调控器件的制备方法还包括S3、设置电源，具体将第一透明导电基板和第二透明导电基板分别与电源的正负极电性连接。通过以上直接在电致变色近红外反射调控器件上设置电源，从而可通过其本身电源施加不同电压实现对近红外光反射率的动态调控。
本发明的第三方面，提出了本发明第一方面所提出的任一种电致变色近红外反射调控器件的一种调控方法，包括：将电致变色近红外反射调控器件的第一透明导电基板和第二透明导电基板分别电性连接于电源的正负极，通过所述电源向所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间施加不同电压，以调控所述电致变色近红外反射调控器件的近红外反射率。
本发明的第四方面，本发明第一方面所提出的任一种电致变色近红外反射调控器件在调控近红外反射率中的应用。具体地，可采用本发明第一方面所提出的任一种电致变色近红外反射调控器件，将电致变色近红外反射调控器件的第一透明导电基板和第二透明导电基板分别电性连接于电源的正负极，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压，以调控电致变色近红外反射调控器件中有机电致变色层的近红外反射率。
本发明的第五方面，提出了本发明第一方面所提出的任一项所述电致变色近红外反射调控器件在制备电致变色产品中的应用。电致变色产品具体可为电致变色显示器、电致变色后视镜、电致变色玻璃、电致变色眼镜、智能窗等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为实施例1中所采用有机电致变色层制备系统示意图；
图2为实施例1所制得电致变色近红外反射调控器件结构示意图；
图3为向实施例1所制得电致变色近红外反射调控器件施加+3.5V前后的颜色变化对比图；
图4为实施例1中ITO导电玻璃和对所制得电致变色近红外反射调控器件施加+3.5V电压前后的反射率随波长变化曲线对比图；
图5为实施例2所制得电致变色近红外反射调控器件在不同电压下的颜色变化图；
图6为实施例2中凝胶电解质层和对所制得电致变色近红外反射调控器件施加不同电压前后的反射率随波长变化曲线对比图；
图7为对实施例3所制得电致变色近红外反射调控器件施加不同电压前后的反射率随波长变化曲线对比图；
图8为对实施例4所制得电致变色近红外反射调控器件施加不同电压前后的颜色变化对比图；
图9为实施例4中凝胶电解质层和对所制得电致变色近红外反射调控器件施加不同电压前后的反射率随波长变化曲线对比图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种电致变色近红外反射调控器件，具体包括以下步骤：
S1、取两块30mm×30mm×1.1mm的ITO导电玻璃，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗20min，而后烘干备用。按照图1所示系统示意图搭建有机电致变色层制备系统，将处理过的ITO导电玻璃作为工作电极(WE)和对电极(CE)，与Ag/AgCl电极(RE)组成三电极体系。量取20mL的BF3·Et2O溶液和80mL的乙腈(ACN)，配制成100mL的电解液，再加入0.1M的噻吩单体，均匀搅拌，得到电解液。其中，ITO导电玻璃没入电解液中的面积区域为30×20mm2(形成有机电致变色层的有效面积)。通过电化学恒流法，设置参数为1mA/cm2，时间为20min。在外加电压下，有机电致变色膜层逐渐在ITO玻璃上形成，颜色由浅变深，聚合时间越长，则ITO玻璃上形成的有机电致变色膜层越厚，膜层颜色越深。制备好膜层之后用纯乙腈清洗3次，去除电解质和单体杂质，烘干保存，得到红褐色有机电致变色层。将工作电极ITO导电玻璃作为第一透明导电基板，通过以上电化学沉积在其表面形成聚噻吩有机电致变色层。
S2、量取100mL无水乙醇溶液，配制含0.1M四丁基高氯酸铵(TBAP)的电解液，通入10min氮气，除去电解液中微量的氧气，在氮气环境下保存。选取与工作电极相同规格的ITO导电玻璃(经相同清洗处理)，作为第二透明导电基板；按照简单的三明治结构，将第二透明导电基板与第一透明导电基板上设有有机电致变色层的表面相对设置，制备容置盒。具体选取100μm的液晶间隔子，与紫外固化胶充分搅拌，制备成乳状凝胶，用玻璃棒在第二透明导电基板的四个边角处微量涂抹，再将设有有机电致变色层的第一透明导电基板平行而对，轻轻压片，放入紫外固化箱中照射1min或2min，组装形成容置盒。用注射器将配制好的TBAP无水乙醇电解液通过缝隙注入容置盒内中，使电解液充分覆盖有机电致变色层，在有机电致变色层与第二透明导电基板之间形成电解质层，制得电致变色近红外反射调控器件。
以上所制得电致变色近红外反射调控器件的结构示意图如图2所示，其包括层叠设置的第一透明导电基板1、有机电致变色层2、电解质层3和第二透明导电基板4，第一透明导电基板1和第二透明导电基板4均为ITO导电玻璃，有机电致变色层2为聚噻吩有机电致变色层，电解质层3为TBAP电解液层。该电致变色近红外反射器件在使用时需配置外部电源使用，图2中示出了电致变色近红外反射调控器件与电源5连接状态下的示意图，其中，第一透明导电基板1和第二透明导电基板4与电源5的正负极连接，通过电源5向第一透明导电基板1和第二透明导电基板4之间施加不同电压可实现近红外反射率调控。
发明人对以上所制得电致变色近红外反射调控器件进行了具体应用实验，包括：
将以上制得的电致变色近红外反射调控器件的第一透明导电基板和第二透明导电基板通过导线分别与直流电源的正极和负极连接在一起，而后将电致变色近红外反射调控器件置于UV-Vis-NIR分光光度计中，并用黑布遮盖。通过直流电源向电致变色近红外反射调控器件施加正向电压+3.5V，以观察电致变色近红外反射调控器件(或有机电致变色层)的颜色变化，所得结果如图3所示，图3中(a)为施加电压前的电致变色近红外反射调控器件，(b)为施加正向电压+3.5V后的电致变色近红外反射调控器件。另外，通过UV-Vis-NIR分光光度计在300～2500nm波长范围内分别对ITO导电玻璃，以及施加电压(+3.5V)前后电致变色近红外反射调控器件的反射率进行检测，所得结果如图4所示。
由图3可知，在施加电压前，基于有机电致变色层的颜色，电致变色近红外反射调控器件(或有机电致变色层)呈红褐色；当外部施加直流电压+3.5V时，电致变色近红外反射调控器件(或有机电致变色层)的颜色由红褐色逐渐转变为蓝绿色。由图4所示反射率变化可知，相比于施加电压前，施加电压之后，反射率发生蓝移，而反射率变化1％左右，在1928nm处有近红外反射峰值3％，可见光峰值在436nm，符合颜色变化的光谱范围。
实施例2
本实施例制备了一种电致变色近红外反射调控器件，具体包括以下步骤：
S1、本实施例的ITO导电玻璃与实施例1中的处理方法基本相同，将ITO导电玻璃作为工作电极，铂片(10mm×10mm×0.1mm)和Ag/AgCl分别作为对电极和参比电极组成三电极体系。量取乙腈50mL和二氯甲烷50mL(体积比1:1)，加入四丁基高氯酸胺(TBAP)，配制成0.1M TBAP的ACN/DCM电解液，加入5mM的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体。采用循环伏安法,设置扫描速率为100mV/s，电化学窗口为-1.0～+1.5V，扫描10圈，待工作电极ITO导电玻璃的表面膜层形成后，在无单体的以上TBAP电解质溶液中电解3min，再用乙腈清洗3次，以去除残余的电解质和单体，烘干保存，得到的聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)膜层在中性状态下呈深蓝色。
S2、将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(MW＝120000g/mol)和四丁基高氯酸铵(TBAP)溶解在碳酸丙烯酯(PC)和无水乙腈中，在加热条件(60℃)下进行搅拌溶解12h，制备成有机凝胶电解质Ⅱ，凝胶电解质Ⅱ的组分含量为PMMA:TBAP:ACN:PC＝7:3:30:60(w/w)。将制备好的凝胶电解质Ⅱ置于冰浴中通入20min的N2，以除去溶于凝胶电解质Ⅱ中的微量氧气，然后在氮气保护下避光保存。选取与步骤S1中工作电极相同规格的ITO导电玻璃(经相同清洗处理)，将制备好的凝胶电解质涂抹在该ITO导电玻璃上(涂抹的区域面积为30×20mm2，与步骤S1中工作电极ITO导电玻璃表面所沉积PEDOT膜层的有效面积一致)；按照四层型电致变色器件结构，将沉积了PEDOT膜层的ITO导电玻璃、涂抹了凝胶电解质的ITO玻璃面平行相对首尾贴合，其中PEDOT膜层与凝胶电解质贴合，制成夹心结构，得到产品电致变色近红外反射调控器件，其包括层叠设置的ITO导电玻璃、有机电致变色层(PEDOT膜层)、凝胶电解质层和ITO导电玻璃。
对以上电致变色近红外反射调控器件施加不同电压(0V、+1.2V、+1.3V、+1.4V、-1.4V和-2.0V)，并观察其在不同电压下的外观颜色变化。测试发现，在不同电压下其颜色发生改变，具体如图5所示在深蓝和浅蓝色之间变化。由于PEDOT本身的性质，其属于有机电致变色材料颜色变化较少的一类，施加不同电压，其外观只有两种以上两种颜色变化。具体地，其电致变色机理是发生氧化还原反应，通过对其施加不同电压可实现氧化还原反应的可逆过程，并使颜色发生变化。
另外，采用类似于实施例1中的近红外反射率测试方法，对本实施例所制得电致变色近红外反射调控器件及其中的凝胶电解质层进行近红外发射率调控测试，具体对凝胶电解质层和未施加电压(0V)的电致变色近红外反射调控器件，以及施加不同电压(+1.2V、+1.3V、+1.4V、-1.4V和-2.0V)后的电致变色近红外反射调控器件在不同波长下反射率进行测试，所得结果如图6所示。
由图6可知，当未施加电压(0V)时，本实施例所制得电致变色近红外反射调控器件的近红外反射率为0.5％左右。分别对本实施例所制得电致变色近红外反射调控器件施加正向电压和负向电压，电致变色近红外反射调控器件的反射率在λ＝1000nm左右逐渐增加，在2240nm处存在峰值2.5％，其增幅与实施例1相似，只是增加1％～2％。但在外加电压情况下，与未加电压时反射相比是存在变化的。
实施例3
本实施例制备了一种电致变色近红外反射调控器件，具体包括以下步骤：
S1、本实施例的工作电极与实施例1中的相同，对电极与实施例2中的相同，选择饱和甘汞电极作为参比电极，组成一室三电极体系。量取100mL的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸([BMIM]PF6)离子液体作为电解液，加入0.1M的3-己基噻吩单体，通过恒流法分别在0.4mA/cm2下聚合170s，而后在1mA/cm2下聚合300s，在工作电极ITO导电玻璃表面沉积形成有机电致变色膜层。电聚合后，用乙腈洗涤膜层，并用吹风机烘干；
S2、而后按实施例2中步骤S2的具体操作制备电致变色近红外反射调控器件。所制得电致变色近红外反射调控器件包括层叠设置的ITO导电玻璃、有机电致变色层(聚3-己基噻吩膜层)、凝胶电解质层和ITO导电玻璃。
采用类似于实施例1中的近红外反射率测试方法，对本实施例所制得电致变色近红外反射调控器件进行近红外发射率调控测试，具体对未施加电压的电致变色近红外反射调控器件，以及施加正向电压(+0.5V)和负向电压(-0.5V)后的电致变色近红外反射调控器件在不同波长下反射率进行测试，所得结果如图7所示。
由图7可知，向本实施例所制得电致变色近红外反射调控器件施加正电压+0.5V后，其在356nm附近的反射率发生显著变化，达到最大峰值21％，在可见光区域(380–780nm)又呈递减趋势，在1800nm的近红外波段回升，在1948nm处存在峰值10％。对其施加负电压-0.5V后，反射率比未施加电压时大，但明显小于施加+0.5V电压使的反射率值，而其变化趋势与施加正向电压相似。由此可以看出，施加以上不同电压可使本实施例电致变色近红外反射调控器件的近红外反射率变化3％～10％。
实施例4
本实施例制备了一种电致变色近红外反射调控器件，具体包括以下步骤：
S1、本实施例采用与实施例2步骤S1中相同的电解液和电极(包括工作电极、对电极和参比电极)。与实施例2中步骤S1不同之处在：采用5mM的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)和5mM苝(PE)的混合物代替实施例2中5mM的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体，加入TBAP的ACN/DCM电解液中；采用循环伏安法，设置扫描为100mV/s，电化学窗口为-0.2V～+1.2V，扫描10圈，可以观察到工作电极ITO导电玻璃上沉积了红棕色的有机电致变色膜层；将沉积了有机电致变色膜层的ITO玻璃在无单体的电解质溶液中电解3min，再用乙腈清洗3次，以去除残余的电解质和单体，烘干保存。
S2、而后按实施例2中步骤S2的具体操作制备电致变色近红外反射调控器件。所制得电致变色近红外反射调控器件包括层叠设置的ITO导电玻璃、有机电致变色层(苝与3,4-乙烯二氧噻吩的聚合物膜层)、凝胶电解质层和ITO导电玻璃。
采用类似于实施例1电致变色近红外反射调控器件的测试方法，对其施加不同电压(+0.6V、+1.5V、-0.63V和-1.6V)，观察电致变色近红外反射调控器件的颜色变化，所得结果如图8所示。并且，采用类似方法对凝胶电解质层和未施加电压的电致变色近红外反射调控器件，以及施加以上不同电压后的电致变色近红外反射调控器件在不同波长下反射率进行测试，所得结果如图9所示。
经以上测试得出，对本实施例电致变色近红外反射调控器件分别施加-1.60V、-0.63V、+0.60V、+1.5V电压后，对应呈现的颜色为红棕色、淡红褐色、黄黑色、淡蓝色，如图8所示。另外，根据图9所示反射率测试结果可知，在未施加电压时，在近红外区域(780–2500nm)的反射率比凝胶电解质层的反射率高，在2300nm左右存在峰值5％，明显高于实施例2电致变色近红外反射调控器件未施加电压下的反射率；而分别对电致变色近红外反射调控器件施加以上不同电压之后，其在近红外区域的反射率增加，最大反射率为施加+1.5V电压时，为12.84％，不同电压下对近红外反射率的调控比较明显，在紫外光和可见光区域较不明显；施加电压和未施加电压的近红外反射率值相差在4％～7％之间。
另外，根据图4中ITO导电玻璃的反射率变化曲线和图9中凝胶电解质层的反射率变化曲线，按照如下平均反射率计算公式：平均反射率＝起始波长到终止波长范围内所以得发射率之和/起始波长到终止波长的波长范围，计算得出ITO导电玻璃在近红外波段的平均反射率几乎趋近于零，凝胶电解质层在近红外波段的平均反射率为0.32％；因此可以判断，ITO导电玻璃并不参与电致变色器件的反射，凝胶电解质层也基本不参与器件的反射，即以上电致变色近红外反射调控器件的发射可近似认为是有机电致变色层上发生的反射。
由此可知，以上各实施例电致变色近红外反射调控器件在第一透明导电基板和第二透明导电基板之间层叠夹设有机电致变色层和电解质层，在使用时通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加电压，并通过调控电压，电致变色近红外反射调控器件可在可见光区域显示出一定作用，既能显示出不同颜色，也可改变近红外光谱的反射率，实现对近红外光反射率的动态调控。具体地，根据研究得出，该电致变色近红外反射调控器件的大部分反射功能主要由有机电致变色层实现，而第一透明导电基板、第二透明导电基板和电解质层基本不参与反射作用，由此，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压，主要实现电致变色近红外反射调控器件中有机电致变色层的近红外反射率调控，通过以上可实现对有机电致变色材料的近红外反射动态调控，同时，可为后续研究影响有机材料近红外发射率的因素提供一种新的思路和方法，并且，在城市热岛效应、节能和军事涂层等领域也有很好的应用前景。具体地，以上电致变色近红外反射调控器件可应用制备电致变色产品，如电致变色显示器、电致变色后视镜、电致变色玻璃、电致变色眼镜、智能窗等。
以上所制得电致变色近红外反射调控器件在使用时借助外部电源通过调控电压实现近红外反射率的调控，其具体调控方法包括：将电致变色近红外反射调控器件的第一透明导电基板和第二透明导电基板分别电性连接于电源的正负极，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压，以调控电致变色近红外反射调控器件(或有机电致变色层)的近红外反射率。当然，在其他实施例中，也可在电致变色近红外反射调控器件自身增设电源，具体将第一透明导电基板和第二透明导电基板分别与电源的正负极电性连接。通过以上直接在电致变色近红外反射调控器件上设置电源，可通过其本身电源施加不同电压实现对近红外光反射率的动态调控。
另外，从另一个侧面看，本申请还提出了一种以上电致变色近红外反射调控器件在调控近红外反射率中的应用。具体地，可采用本申请所制得的电致变色近红外反射调控器件，将电致变色近红外反射调控器件的第一透明导电基板和第二透明导电基板分别电性连接于电源的正负极，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压，以调控电致变色近红外反射调控器件中有机电致变色层的近红外反射率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电致变色近红外反射调控器件，其特征在于，包括层叠设置的第一透明导电基板、有机电致变色层、电解质层和第二透明导电基板。
2.根据权利要求1所述的电致变色近红外反射调控器件，其特征在于，所述有机电致变色层的材质选自聚噻吩、聚3-己基噻吩、聚3,4-乙烯二氧噻吩、苝与3,4-乙烯二氧噻吩的聚合物中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的电致变色近红外反射调控器件，其特征在于，所述有机电致变色层通过电化学沉积法制得。
4.根据权利要求1所述的电致变色近红外反射调控器件，其特征在于，所述电解质层为胶凝电解质层或电解液层。
5.根据权利要求1所述的电致变色近红外反射调控器件，其特征在于，所述第一透明导电基板包括层叠设置的第一透明基板和第一透明导电层，且所述第一透明导电层设置在所述第一透明基板和所述有机电致变色层之间；和/或，所述第二透明导电基板包括层叠设置的第二透明基板和第二透明导电层，且所述第二透明导电层设置在所述第二透明基板和所述电解质层之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电致变色近红外反射调控器件，其特征在于，还包括电源，所述电源与所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板电性连接，用于向所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间施加不同电压实现近红外发射率调控。
7.权利要求1至6中任一项所述电致变色近红外反射调控器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在第一透明导电基板上制备有机电致变色层；
S2、在第二透明导电基板与所述有机电致变色层之间设置电解质层。
8.权利要求1至6中任一项所述电致变色近红外反射调控器件的调控方法，其特征在于，包括：将电致变色近红外反射调控器件的第一透明导电基板和第二透明导电基板分别电性连接于电源的正负极，通过所述电源向所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间施加不同电压，以调控所述电致变色近红外反射调控器件的近红外反射率。
9.如权利要求1至6中任一项所述电致变色近红外反射调控器件在调控近红外反射率中的应用。
10.权利要求1至6中任一项所述电致变色近红外反射调控器件在制备电致变色产品中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115772717A (zh) * 2022-12-19 2023-03-10 东南大学 一种皮芯结构的电致变色长丝纤维及其制备方法和织物

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030066989A1 (en) * 2001-05-24 2003-04-10 Wang Zhi Yuan Organic electrochromic materials for optical attenuation in the near infrared region
CN205558665U (zh) * 2016-04-26 2016-09-07 广西冠铝幕墙装饰工程有限公司 一种可智能调光的节能窗户
CN107479293A (zh) * 2017-07-26 2017-12-15 中国科学院广州能源研究所 一种可见红外分区可控的电致变色器件及其制备方法
CN110501852A (zh) * 2019-07-10 2019-11-26 北京大学深圳研究生院 一种基于高浓水系电解质的电致变色器件及其制备方法
CN111505879A (zh) * 2020-03-25 2020-08-07 东华大学 一种可阻隔近红外光的电致变色器件及其制备与应用
CN111638618A (zh) * 2020-07-01 2020-09-08 京东方科技集团股份有限公司 调光面板、调光玻璃及装置、光透过率调节系统
JP2020201339A (ja) * 2019-06-07 2020-12-17 シャープ株式会社 エレクトロクロミック素子およびスマートウィンドウ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030066989A1 (en) * 2001-05-24 2003-04-10 Wang Zhi Yuan Organic electrochromic materials for optical attenuation in the near infrared region
CN205558665U (zh) * 2016-04-26 2016-09-07 广西冠铝幕墙装饰工程有限公司 一种可智能调光的节能窗户
CN107479293A (zh) * 2017-07-26 2017-12-15 中国科学院广州能源研究所 一种可见红外分区可控的电致变色器件及其制备方法
JP2020201339A (ja) * 2019-06-07 2020-12-17 シャープ株式会社 エレクトロクロミック素子およびスマートウィンドウ
CN110501852A (zh) * 2019-07-10 2019-11-26 北京大学深圳研究生院 一种基于高浓水系电解质的电致变色器件及其制备方法
CN111505879A (zh) * 2020-03-25 2020-08-07 东华大学 一种可阻隔近红外光的电致变色器件及其制备与应用
CN111638618A (zh) * 2020-07-01 2020-09-08 京东方科技集团股份有限公司 调光面板、调光玻璃及装置、光透过率调节系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115772717A (zh) * 2022-12-19 2023-03-10 东南大学 一种皮芯结构的电致变色长丝纤维及其制备方法和织物

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