CN213092082U - 一种锌离子电致变色单元器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锌离子电致变色单元器件，包括两相对设置的玻璃基底，两玻璃基底之间设置有中空金属锌箔，中空金属锌箔与玻璃基底之间设置有钒酸钠电致变色层，中空金属锌箔与钒酸钠电致变色层之间设置有锌离子电解质层，钒酸钠电致变色层与玻璃基底之间设置有透明导电层。本实用新型的锌离子电致变色单元器件具有多色、低能耗和低成本的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学器件技术领域，具体是指一种锌离子电致变色单元器件。
背景技术
电致变色器件是一种电化学器件，其核心组成部分是具有氧化还原特性的功能薄膜层。器件变色原理是：在外加电信号（电压或者电流）刺激下，功能薄膜层中发生可逆的离子/电子双注入过程而引起薄膜材料色心、带隙等物理特性发生改变，进而产生光学参数（如透过率、反射率、吸收率等）的可逆变化，宏观上表现出颜色的变化。电致变色器件具有低能耗、长循环、可逆性好以及冷光等一系列优点，是一种有节能前景的变色技术，在智能窗以及大面积显示方面具有良好的应用潜力。
“三明治”结构，即“透明导电基底/电致变色层/离子传递层/离子储存层/透明导电玻璃”结构，是一种典型的电致变色器件模式。其中“透明导电基底/电致变色层”为工作电极，“离子储存层/透明导电玻璃”为对电极，“离子传递层”为电解质层。在离子储存层也可以发生电致变色反应的前提下，该型器件光学参数的调节是由器件整体特性，尤其是电致变色层和离子储存层在电场下电化学特性共同作用决定的。
中国实用新型专利CN107024814B公开了一种电致变色器件及其制备方法，该器件中电致变色层和对电极层薄膜均为采用磁控溅射的方法在透明导电玻璃表面原位溅射生长获得，将锂离子凝胶电解质旋涂于电致变色层表面后组装获得“三明治”结构的电致变色器件。
中国实用新型专利申请CN111665674A）公开了一种选择性光吸收-电致变色膜及其制备方法和选择性光吸收-电致变色器件，该器件的核心是使用界面自组装方法在透明基底表面获得的银纳米线（或金纳米棒）和氧化钨纳米线有序交替自组装的纳米薄膜，并使用该薄膜作为新型电致变色层。使用仅负载有银纳米线（或金纳米棒）的透明薄膜为对电极，以凝胶电解质为离子传递层，以负载有银纳米线（或金纳米棒）-氧化钨纳米线的薄膜为工作电极，组装获得了颜色可在蓝色/无色之间转变的电致变色器件。
中国实用新型专利申请CN111596496A公开了一种可见-红外独立调控电致变色器件，该型器件是一种变形的“三明治”结构。该器件的核心是使用了两种具有光学特性匹配的氧化物薄膜（二氧化钒薄膜和氧化钨薄膜）并将该两种薄膜叠加形成复合电致变色层，同时将锂离子电解质层直接用作离子储存层，获得的器件结构为“透明导电基底/氧化钨层/二氧化钒层/离子储存层/透明导电玻璃”，该器件具有可见-红外独立调控功能。
中国实用新型专利申请CN111665673A公开了一种并列结构的电致变色柔性显示器件及其制备方法专利。该器件的核心结构是一种 “三明治”器件结构的变形，具体为将工作电极的电致变色层和对电极的可变色离子储存层并列放置于同一凝胶电解质表面，从而实现了变色层之间的颜色互不干扰，从而达到多色显示的效果。“三明治”结构电致变色器件及其相关变形结构器件具有性能稳定和耐环境影响能力强等优点，故获得了大量的关注和研究。
但是该类器件也存在一定的缺点：（1）器件电致变色性能完全受电致变色层和对电极层电极材料种类所限制，如何利用已有的有限的材料种类而实现器件的多色变化仍然是一个难题；（2）现阶段电解质仍以价格较高的碱金属锂盐（比如高氯酸锂）和大体积阳离子盐（比如四正丁基六氟磷酸铵）为主，开发使用一种使用低成本金属离子盐的电致变色器件可以进一步推进电致变色器件的应用。由于较高的地球元素丰度和低制备成本，使用无机锌盐作为替代碱金属锂盐和大体积阳离子盐用于电致变色器件具有良好的应用前景。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种锌离子电致变色单元器件，具有多色、低能耗和低成本的特点。
本实用新型可以通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开了一种锌离子电致变色单元器件，包括两相对设置的玻璃基底，两玻璃基底之间设置有中空金属锌箔，中空金属锌箔与玻璃基底之间设置有钒酸钠电致变色层，中空金属锌箔与钒酸钠电致变色层之间设置有锌离子电解质层，钒酸钠电致变色层与玻璃基底之间设置有透明导电层。
结合背景技术对现阶段电致变色器件的分析，本实用新型提出一种基于双电致变色回路并联形成的锌离子电致变色单元器件的制备与应用技术。该器件以无机锌盐为电解质成分而替代碱金属锂盐或大体积阳离子盐，并且该器件可以在仅仅使用一种电致变色材料的前提下，通过自身变色状态的叠加实现而多种颜色的变化和光学参数的调节。故本实用新型中所呈现的电致变色单元器件的制备与应用技术在电致变色显示以及相关领域（如智能窗）具有较强的使用价值。
进一步地，透明导电层为ITO材料层或FTO材料层。
进一步地，钒酸钠电致变色层通过刮涂方式设置在透明导电层上。
进一步地，钒酸钠电致变色层的厚度为1-2mm。
本实用新型一种锌离子电致变色单元器件，具有如下的有益效果：
在本实用新型的器件结构中，上下两层钒酸钠电致变色层均为工作电极层而中空金属锌箔同时作为该两层电致变色层的对电极，即在一个电致变色单元中实现了双电致变色回路并联形成的新型电致变色单元器件。该器件具有以下优势：（1）使用低成本的锌盐为电解质组成成分；（2）两个并联电致变色回路中的上下两层电致变色电极可以分别施加不同的电压信号，而钒酸钠在不同电压下具有不同的电致变色状态，故可以通过在同一器件中使用同一电致变色材料（本实用新型中为钒酸钠），通过上下两层工作电极的电致变色状态叠加而实现多种颜色和光学参数的变化。
本实用新型所提出的电致变色器件具有多色、低能耗和低成本的优势，将对于电致变色显示以及相关领域（如智能窗）产生积极的影响。
附图说明
图1是实施例1得到的在透明导电基底ITO表面刮涂获得的钒酸钠纳米线薄膜；
图2是实施例1钒酸钠纳米线薄膜在锌离子电解液中的循环伏安曲线；
图3是实施例1钒酸钠纳米线薄膜在锌离子电解液中，在0.2V至2.0V电压区间透过率调节曲线以及所对应的颜色变化；
图4是实施例1所使用的基于双电致变色回路并联形成的锌离子电致变色单元器件结构示意图；
附图标记包括：100、中空金属锌箔； 200、锌离子电解质层；300、钒酸钠电致变色层；400、透明导电层；500、玻璃基底。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。
本实用新型公开了一种锌离子电致变色单元器件，包括两相对设置的玻璃基底，两玻璃基底之间设置有中空金属锌箔，中空金属锌箔与玻璃基底之间设置有钒酸钠电致变色层，中空金属锌箔与钒酸钠电致变色层之间设置有锌离子电解质层，钒酸钠电致变色层与玻璃基底之间设置有透明导电层。
进一步地，透明导电层为ITO材料层或FTO材料层。
进一步地，钒酸钠电致变色层通过刮涂方式设置在透明导电层上。
进一步地，钒酸钠电致变色层的厚度为1-2mm。
本实用新型基于双电致变色回路并联形成的锌离子电致变色单元器件，其制备方法包括以下步骤：
（1）使用水热方法制备获得钒酸钠纳米线；
（2）将步骤（1）获得的钒酸钠纳米线配置获得溶胶，并使用刮涂法在透明导电基底表面刮涂溶胶并干燥制备获得电致变色薄膜层；
（3）配制含有无机锌盐的电解质，具体的，无机锌盐为硫酸锌、六水合高氯酸锌和三氟甲烷磺酸锌；
（4）将步骤（2）获得的薄膜和步骤（3）中所配制的锌盐电解质按照本实用新型中所设计的电致变色器件结构组装获得电致变色器件。
实施例1
本实用新型基于双电致变色回路并联形成的锌离子电致变色单元器件是通过以下方法制备的：
（1）将100克商品化五氧化二钒粉末分散到1.5升的氯化钠溶液（浓度为2摩尔/升）中，在室温条件下持续搅拌一周获得含有钒酸钠纳米线的溶液。使用离心将钒酸钠纳米线从溶液中分离后，依次使用去离子水和乙醇洗涤后，60摄氏度真空干燥获得钒酸钠纳米线粉末。
（2）将钒酸钠纳米线分散至去离子水中，获得质量分数为15毫克/毫升的悬浮液，然后使用刮涂法在透明导电基底表面刮涂溶胶并干燥制备获得钒酸钠纳米线电致变色薄膜层，薄膜厚度为1.2微米；该钒酸钠纳米线电致变色薄膜层的SEM图谱如图1所示。
（3）将6克聚乙烯醇（PVA1788）分散到60毫升硫酸锌（0.5摩尔/升）溶液中并于40摄氏度条件下搅拌，获得含有锌离子的凝胶电解质（即ZnSO4/PVA凝胶电解质），用于电致变色器件的离子传输层。同时，对钒酸钠纳米线薄膜在锌离子电解液中的性能进行循环伏安测试、透过率调节曲线以及所对应的颜色变化测试，具体结果如图2所示。
（4）使用两片负载有钒酸钠的透明导电玻璃为工作电极，中空锌箔为对电极，ZnSO4/PVA凝胶电解质为离子传输层，按照图3所示器件结构，组装获得电致变色器件。其中锌箔中空的面积为钒酸钠电致变色层的面积。钒酸钠电致变色层为4*4cm的正方形薄膜。
在图3中，具体的层结构包括：中空金属锌箔100、锌离子电解质层200、钒酸钠电致变色300、透明导电层400、玻璃基500。
实施例2
本实用新型基于双电致变色回路并联形成的锌离子电致变色单元器件是通过以下方法制备的：
（1）与实施例1中步骤（1）相同；
（2）与实施例1中步骤（2）相同；
（3）将6克聚乙烯醇（PVA1788）分散到60毫升高氯酸锌（1摩尔/升）溶液中于40摄氏度条件下搅拌，获得含有锌离子的凝胶电解质（即Zn(ClO4)2/PVA凝胶电解质），用于电致变色器件的离子传输层；
（4）与实施例1中步骤（4）相同。
实施例3
本实用新型基于双电致变色回路并联形成的锌离子电致变色单元器件是通过以下方法制备的：
（1）与实施例1中步骤（1）相同；
（2）与实施例1中步骤（2）相同；
（3）将6克聚乙烯醇（PVA1788）分散到60毫升三氟甲烷磺酸锌（1.5摩尔/升）溶液中于40摄氏度条件下搅拌，获得含有锌离子的凝胶电解质（即Zn(OTF)2/PVA凝胶电解质），用于电致变色器件的离子传输层；
（4）与实施例1中步骤（4）相同。
上述实施例仅为本实用新型的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种锌离子电致变色单元器件，包括两相对设置的玻璃基底，两玻璃基底之间设置有中空金属锌箔，其特征在于：所述中空金属锌箔与所述玻璃基底之间设置有钒酸钠电致变色层，所述中空金属锌箔与钒酸钠电致变色层之间设置有锌离子电解质层，所述钒酸钠电致变色层与所述玻璃基底之间设置有透明导电层。
2.根据权利要求1所述的锌离子电致变色单元器件，其特征在于：所述透明导电层为ITO材料层或FTO材料层。
3.根据权利要求2所述的锌离子电致变色单元器件，其特征在于：所述钒酸钠电致变色层通过刮涂方式设置在透明导电层上。
4.根据权利要求3所述的锌离子电致变色单元器件，其特征在于：所述钒酸钠电致变色层的厚度为1-2mm。
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| CN202022556792.4U CN213092082U (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种锌离子电致变色单元器件 |
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