CN116300231A - 一种快速响应电致变色器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速响应电致变色器件，包括相对叠放的变色层和互补变色层，以及设于所述变色层和互补变色层之间的电解质层，所述变色层、电解质层和互补变色层通过封装固定。本发明通过制备具有有序结构的电致变色薄膜，减少电致变色过程中离子迁移的距离，提高电致变色器件的响应速率。
Description
技术领域
本发明涉及化工材料合成和功能材料技术领域，特别是一种快速响应电致变色器件及其制备方法。
背景技术
电致变色材料包括部分过渡金属氧化物如氧化钨、氧化镍、氧化钽等，和部分有机高分子、小分子如聚苯胺、聚噻吩、紫罗精等。电致变色是指在外加电压或者电流的作用下,材料的能带结构和微观结构发生可逆变化,使得材料的光学特性发生可逆改变的现象,在宏观上，表现为材料光学性质的可逆变化。由电致变色材料制备成的器件已经被广泛的应用在生活中，如手机背板、摄像头遮掩、防眩目汽车后视镜、建筑用智能窗、飞机舷窗等。目前电致变色材料普遍响应时间比较长，这主要是由于电致变色薄膜较厚，离子难以注入导致。
发明内容
基于上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种快速响应电致变色器件，包括相对叠放的变色层和互补变色层，以及设于所述变色层和互补变色层之间的电解质层，所述变色层、电解质层和互补变色层通过封装固定。
本发明中的一种快速响应电致变色器件的制备方法按照以下步骤进行：
步骤一、导电基底的处理：将导电基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min，所述导电基底为ITO薄膜、AZO薄膜、CNT薄膜、Ag纳米线薄膜中的一种；
步骤二、变色层的制备；
步骤三、互补变色层的制备；
步骤四、电解质层的制备。
优选地，所述步骤二中变色层的制备方法如下：在步骤一处理后的导电基底表面，附上掩膜板，随后采用物理气相沉积的方法，制备速率0.1-1埃米/秒，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述变色层为氧化钨薄膜、二氧化钛薄膜或者氧化钼薄膜。
优选地，所述步骤二中变色层的制备方法如下：采用3D打印的方法，直接打印出具有有序结构的变色层，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述变色层为氧化钨薄膜、二氧化钛薄膜或者氧化钼薄膜。
优选地，所述步骤三中互补变色层的制备方法如下：在步骤一处理过的导电基底表面，附上掩膜板，随后采用物理气相沉积的方法，制备互补变色层,制备速率0.1-1埃米/秒，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述互补变色层为氧化镍薄膜或者氧化钒薄膜。
优选地，所述步骤三中互补变色层的制备方法如下：采用3D打印的方法，打印出具有有序结构的互补变色层，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述互补变色层为氧化镍薄膜或者氧化钒薄膜。
优选地，所述电解质层为电解液或者凝胶电解质。
优选地，所述电解液的制备方法如下：将锂盐、镁盐、铝盐、钠盐和聚碳酸酯(PC)或者水按照一定的比例配成浓度0.1-2mol/L的溶液；
所述锂盐为LiCl、LiClO4或者LiPF6；所述镁盐为MgCl2、Mg(ClO4)2或者Mg(PF6)2；所述铝盐为AlCl3、Al(ClO4)3或者Al(PF6)3；所述钠盐为NaCl、NaClO4或者NaPF6。
优选地，所述凝胶电解质的制备方法如下：将锂盐、镁盐、铝盐、钠盐和聚碳酸酯(PC)或者水按照一定的比例配成浓度0.1-2mol/L的溶液，然后在该溶液中加入高分子得到凝胶电解质；
所述锂盐为LiCl、LiClO4或者LiPF6；所述镁盐为MgCl2、Mg(ClO4)2或者Mg(PF6)2；所述铝盐为AlCl3、Al(ClO4)3或者Al(PF6)3；所述钠盐为NaCl、NaClO4或者NaPF6；所述高分子为PMMA或者PEG。
相对于现有技术而言，本发明通过制备出具有有序结构的电致变色薄膜，减少电致变色过程中离子迁移的距离，提高电致变色器件的响应速率。
附图说明
图1为有序结构薄膜示意图。
图2为电致变色器件示意图。
图3为电致变色器件的变色光谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
实施例1
本发明提供一种快速响应电致变色器件及其制备方法，按以下步骤实施：
步骤一、导电基底的处理：将ITO导电玻璃基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min；；
步骤二、变色层的制备：在步骤一的ITO表面，附上掩膜板，采用物理气相沉积的方法，制备变色层；制备速率0.5埃米/秒，制备薄膜厚度控制在450nm；变色层为氧化钨薄膜；
步骤三、互补变色层的制备：在步骤一的ITO表面，附上掩膜板，采用物理气相沉积的方法，制备互补变色层；制备速率0.5埃米/秒，制备薄膜厚度控制在220nm；互补变色层为氧化镍薄膜；
步骤四、电解液的配制：将锂盐和聚碳酸酯(PC)按照一定的比例配成浓度0.5mol/L的溶液；锂盐选择LiClO4；
步骤五、器件的组装：采用三明治结构的组装方法来组装器件，将带有变色层和互补变色层的两片薄膜相对叠放，在中间加入电解液，采用热熔胶将其进行封装。
实施例2
本发明提供一种快速响应电致变色器件及其制备方法，按以下步骤实施：
步骤一、导电基底的处理：将ITO导电玻璃基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min；；
步骤二、变色层的制备：在步骤一的ITO表面，附上掩膜板，采用物理气相沉积的方法，制备变色层；制备速率0.1埃米/秒，制备薄膜厚度控制在450nm；变色层为氧化钨薄膜；
步骤三、互补变色层的制备：在步骤一的ITO表面，附上掩膜板，采用物理气相沉积的方法，制备互补变色层；制备速率0.1埃米/秒，制备薄膜厚度控制在220nm；互补变色层为氧化镍薄膜；
步骤四、电解液的配制：将锂盐和聚碳酸酯(PC)按照一定的比例配成浓度0.5mol/L的溶液；锂盐选择LiClO4；
步骤五、器件的组装：采用三明治结构的组装方法来组装器件，将带有变色层和互补变色层的两片薄膜相对叠放，在中间加入电解液，采用热熔胶将其进行封装。
实施例3
本发明提供一种快速响应电致变色器件及其制备方法，按以下步骤实施：
步骤一、导电基底的处理：将ITO导电玻璃基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min；；
步骤二、变色层的制备：在步骤一的ITO表面，直接采用3D打印的方法制备具有有序结构的变色层；制备薄膜厚度控制在450nm；变色层为氧化钨薄膜；
步骤三、互补变色层的制备：在步骤一的ITO表面，直接采用3D打印的方法制备具有有序结构的互补变色层；制备薄膜厚度控制在220nm；互补变色层为氧化镍薄膜；
步骤四、电解液的配制：将锂盐和聚碳酸酯(PC)按照一定的比例配成浓度0.5mol/L的溶液；锂盐选择LiClO4；
步骤五、器件的组装：采用三明治结构的组装方法来组装器件，将带有变色层和互补变色层的两片薄膜相对叠放，在中间加入电解液，采用热熔胶将其进行封装。
实施例4
本发明提供一种快速响应电致变色器件及其制备方法，按以下步骤实施：
步骤一、导电基底的处理：将ITO导电玻璃基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min；；
步骤二、变色层的制备：在步骤一的ITO表面，直接采用3D打印的方法制备具有有序结构的变色层；制备薄膜厚度控制在450nm；变色层为氧化钨薄膜；
步骤三、互补变色层的制备：在步骤一的ITO表面，直接采用3D打印的方法制备具有有序结构的互补变色层；制备薄膜厚度控制在220nm；互补变色层为氧化镍薄膜；
步骤四、凝胶电解质的配制：将锂盐和聚碳酸酯(PC)按照一定的比例配成浓度0.5mol/L的溶液；锂盐选择LiClO4；随后加入PEG，配制成1mol/L的凝胶，在玻璃板上进行刮涂后放入真空烘箱，干燥成膜；
步骤五、器件的组装：采用三明治结构的组装方法来组装器件，将带有变色层和互补变色层的两片薄膜相对叠放，在中间加入凝胶电解质薄膜，采用热压的方法组装成器件。
实施例5
本发明提供一种快速响应电致变色器件及其制备方法，按以下步骤实施：
步骤一、导电基底的处理：将ITO导电玻璃基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min；；
步骤二、变色层的制备：在步骤一的ITO表面，直接采用3D打印的方法制备具有有序结构的变色层；制备薄膜厚度控制在1000nm；变色层为二氧化钛薄膜；
步骤三、互补变色层的制备：在步骤一的ITO表面，直接采用3D打印的方法制备具有有序结构的互补变色层；制备薄膜厚度控制在220nm；互补变色层为氧化钒薄膜；
步骤四、凝胶电解质的配制：将锂盐和聚碳酸酯(PC)按照一定的比例配成浓度0.5mol/L的溶液；锂盐选择LiClO4；随后加入PEG，配制成1mol/L的凝胶，在玻璃板上进行刮涂后放入真空烘箱，干燥成膜；
步骤五、器件的组装：采用三明治结构的组装方法来组装器件，将带有变色层和互补变色层的两片薄膜相对叠放，在中间加入凝胶电解质薄膜，采用热压的方法组装成器件。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种快速响应电致变色器件，其特征在于：包括相对叠放的变色层和互补变色层，以及设于所述变色层和互补变色层之间的电解质层，所述变色层、电解质层和互补变色层通过封装固定。
2.如权利要求1所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法按照以下步骤进行：
步骤一、导电基底的处理：将导电基底依次采用清洗液、异丙醇和去离子水超声清洗15min，烘干，随后使用等离子体清洗10min，所述导电基底为ITO薄膜、AZO薄膜、CNT薄膜、Ag纳米线薄膜中的一种；
步骤二、变色层的制备；
步骤三、互补变色层的制备；
步骤四、电解质层的制备。
3.根据权利要求2所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤二中变色层的制备方法如下：在步骤一处理过的导电基底表面，附上掩膜板，随后采用物理气相沉积的方法，制备速率0.1-1埃米/秒，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述变色层为氧化钨薄膜、二氧化钛薄膜或者氧化钼薄膜。
4.根据权利要求2所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤二中变色层的制备方法如下：采用3D打印的方法，直接打印出具有有序结构的变色层，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述变色层为氧化钨薄膜、二氧化钛薄膜或者氧化钼薄膜。
5.根据权利要求2所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法,其特征在于，所述步骤三中互补变色层的制备方法如下：在步骤一处理过的导电基底表面，附上掩膜板，随后采用物理气相沉积的方法，制备互补变色层；制备速率0.1-1埃米/秒，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述互补变色层为氧化镍薄膜或者氧化钒薄膜。
6.根据权利要求2所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤三中互补变色层的制备方法如下：采用3D打印的方法，打印出具有有序结构的互补变色层，制备薄膜厚度控制在100-1000nm，所述互补变色层为氧化镍薄膜或者氧化钒薄膜。
7.根据权利要求2所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于：所述电解质层为电解液或者凝胶电解质。
8.根据权利要求7所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述电解液的制备方法如下：将锂盐、镁盐、铝盐、钠盐和聚碳酸酯(PC)或者水按照一定的比例配成浓度0.1-2mol/L的溶液；
所述锂盐为LiCl、LiClO4或者LiPF6；所述镁盐为MgCl2、Mg(ClO4)2或者Mg(PF6)2；所述铝盐为AlCl3、Al(ClO4)3或者Al(PF6)3；所述钠盐为NaCl、NaClO4或者NaPF6。
9.根据权利要求7所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述凝胶电解质的制备方法如下：将锂盐、镁盐、铝盐、钠盐和聚碳酸酯(PC)或者水按照一定的比例配成浓度0.1-2mol/L的溶液，然后在该溶液中加入高分子得到凝胶电解质；
所述锂盐为LiCl、LiClO4或者LiPF6；所述镁盐为MgCl2、Mg(ClO4)2或者Mg(PF6)2；所述铝盐为AlCl3、Al(ClO4)3或者Al(PF6)3；所述钠盐为NaCl、NaClO4或者NaPF6；所述高分子为PMMA或者PEG。
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