JP7486578B2 - エレクトロクロミックデバイス、並びにその製造方法および操作方法 - Google Patents
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Description
モル化学ポテンシャルは、部分モル自由エネルギーとしても知られている。温度と圧力の両方が一定に保たれている場合、化学ポテンシャルは部分モルギブズの自由エネルギーに等しい。理想的な混合物または溶液では、化学ポテンシャルは、次のように表すことができる:
ここで、xiはi番目の成分のモル分率であり、μi *は、その温度と圧力でその純粋な形態での成分のモル自由エネルギーである。非理想的な混合物および溶液の場合、化学ポテンシャルは、
である。ここで、aiはi番目の成分の相対活量であり、γiは活量係数である。
-静電気のエネルギー寄与:
を省略しない化学ポテンシャルの熱力学的測定。ここで、ziはi番目の成分の電荷、Fはファラデー定数、ψは局所静電ポテンシャルである。
で表され、相対活量は、
のように定義される。ここで、μは化学ポテンシャル、μ0は、活量が1と見なされる定義された標準状態における材料のモル自由エネルギー(標準化学ポテンシャル)。
ここで、aiは関与する種の活量である。
ここで、jは電流密度、aiは界面での活量、αは電荷移動係数、Fはファラデー定数、
η=(E-Eformal)は過電圧、j0は交換電流密度である。
ここで、Ψ1(psi-primeポテンシャル)は、バルク液体ポテンシャルに対する反応物位置の点のポテンシャルを表す。外側ヘルムホルツ平面ポテンシャル(ψOHP))は、OHPが最も可能性の高い界面電荷移動の位置であるため、psi-primeポテンシャルと見なされることがよくある。
ここで、εは相対透過率、ε0は電気定数、eは電子電荷、kBはボルツマン定数、Tは絶対温度、ciはi番目の成分の濃度、およびziはi番目の成分の電荷である。
ここで、Iは通過する光の強度に関連し、I0は減衰媒体に入る光の強度に関連する。溶液の場合、溶質による光の減衰の強さを表すためにモル吸光係数が使用される。
ここで、Dλは照明D65の相対スペクトル分布(ISO/CIE 10526を参照)、τ(λ)は波長λでのスペクトル透過率、V(λ)は測光の標準オブザーバを画定するフォトピックビジョンのスペクトル発光効率(ISO/CIE 10527を参照)、およびΔλは波長間隔である。
一般的に、エレクトロクロミックデバイスは、その上に電極を含むことができる2つの基板の間に配置された(例えば、EC層の形態の)エレクトロクロミック組成物を含む。エレクトロクロミック層は、エレクトロクロミック組成物を横切って印加された入力信号に応答して、光透過(可視、赤外線、および/または紫外線)を1つの状態(例えば、高光透過状態)から別の1つの状態(例えば、低光透過状態)に変化させるように構成される。そのような入力信号は、印加電圧、電流、電界、またはエレクトロクロミック材料にその光学特性を変化させる他の入力とすることができる。エレクトロクロミック組成物は、タイプIおよびタイプIIのエレクトロクロミック材料ならびにそれらのハイブリッドを含むことができる。いくつかの実施形態では、ECエレクトロクロミック組成物は、入力信号に応答して1つの状態から別の1つの状態に光透過を変化させることができる1つまたは複数のエレクトロクロミック材料を含む。エレクトロクロミック組成物はまた、マトリックスおよび1つまたは複数の修飾剤、追加の要素、補助化合物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
(1)溶液タイプ(タイプIエレクトロクロミック材料を含む)。エレクトロクロミック効果は、層の体積全体にわたって着色種の濃度プロファイルを変化させることによって得られますが、層の厚さは固定されている。
(2)堆積タイプ(タイプIIエレクトロクロミック材料を含む)。エレクトロクロミック効果は、電極界面のEC層に着色された沈殿物を堆積させることによって得られる。
(3)薄膜タイプ(タイプIIIエレクトロクロミック材料を含む)。エレクトロクロミック効果は、タイプIIIエレクトロクロミック材料の別々の相の1つまたは複数のプレキャストフィルムの吸収スペクトル(したがって、吸収係数)を変化させることによって得られる。
(4)ネットワークリンクタイプ。エレクトロクロミック効果は、ゲルの固定化されたポリマー骨格に化学的に結合した発色基部分の吸収スペクトルを変化させることによって得られる。
(5)ハイブリッドタイプ(いくつかのタイプのエレクトロクロミック材料を含む)。前述のタイプの特性を組み合わせたもの。
化学修飾の他の目的:色の調整は、前駆体の化学修飾の唯一の目的ではない。調整可能なパラメータは、(1)バルキーな置換基を追加することによる物質移動特性、(2)(それぞれの場合に固有の)イオンラジカル形態の酸素/水安定性、(3)エネルギー構造全体をシフトさせるが、バンドギャップを大幅に狭くしない顕著な電子効果を有する置換基を導入することによる酸化還元電位、(4)(使用するマトリックスに固有の)特に低温での溶解度、(5)陽極反応と陰極反応の着色生成物間の化学相互作用の速度(タイプI/IIの場合)を含む。
堅牢で費用効果の高いアセンブリを保証するために、様々なプロセスと方法を使用して、デバイスのコンポーネントを調製し、それらを組み合わせることができる。これらのデバイスは合わせガラスに非常に似ているため(光制御機能を有する中間層を備えているが)、アセンブリ方法は合わせガラス業界で使用されている方法と似ている。
ECCをECデバイスに統合する1つの方法は、EC組成物を、その上に電極を有する2つの光学的に透明な基板の間の予め形成された容積内に配置し、続いて組成物を硬化させることである。この方法は、可撓性がない光学的に透明な基板で好ましいが、それに限定されない。この方法は、ガラスの現場打ち液体ラミネートを作製するために使用される、例えば、(UV硬化ポリマーを使用する)AllnexによるUvekolまたは(熱硬化を使用する)GlasslamによるPolylamによるアプローチに似ている。具体的には、このようなアプローチには、次のステップが含まれ得る。(i)両方の基板を洗浄して汚染を除去する。(ii)任意選択で、一方または両方の基板を処理して、それらの表面を活性化する。この文脈での活性化は、ECCによる濡れ性の改善を意味する。活性化は、基板またはその上の電極の表面をコロナ放電にさらすプラズマ処理(大気または不活性ガスプラズマ)、または他の適切な手段によって達成することができる。(iii)モノマー(複数可)および開始剤(複数可)などのポリマー形成成分を含むEC組成物を、2つの基板間に事前に形成された容積内に導入して、基板間にEC組成物を配置する。(iv)2つの基板間に事前に形成された容積内のEC組成物を硬化させる。
ECデバイスの制御方法は、可変透過率層の全領域にわたって透過率特性を効率的かつ安全に制御することを目的としている。制御アルゴリズムは、定常状態と過渡状態の両方で、可変透過率層の全領域にわたって十分に均一な透過率特性を提供する必要がある。異なるタイプのECデバイスに対する制御アルゴリズムは根本的に異なる。
ECデバイスの動作状態を変更するプロセスは、電極と電解質の界面で電気的バイアスを変化させることによって開始される。界面にバイアスを掛けて平衡から遠ざけると、電極と電解質の間で電子移動が起こり、電解質の酸化還元フェルミ準位が変化する。電極のフェルミ準位は平衡状態で電解質レドックスフェルミ準位に近づくため、ECデバイスの状態は、同じEC層と接触させた2つの異なる電極(陽極/陰極または陽極/リファレンスまたは陰極/リファレンス)のフェルミ準位の差を測定する)、つまり、ECデバイスの開回路電圧(Voc)を測定することによって決定できる。
ヒステリシスがあるため、タイプIのECデバイスが定常状態に到達する経路は、遷移中に電圧がどのように印加されるかに大きく依存する。電気化学反応速度論の法則(最も単純なモデルとしてのButler-Volmer/Frumkin方程式)によれば、速度は反応物の界面濃度に依存する。電子移動の反応速度は、一般的に物質移動速度よりもはるかに速いため、プロセス全体が物質移動制御されていると見なされる。タイプIのデバイスは主に非流体ゲル電解質を利用するため、対流は無視でき、プロセスは拡散/泳動制御される。デバイス動作の2つの名目上のレジームを区別することは有用である。第1のレジームは、所望の定常状態への経路に沿ったすべての瞬間で、活量プロファイルが定常状態に近づくのに十分に速いと想定している(第1の時間微分値≒0)。第2のレジームでは、拡散は遅く、活量プロファイルは定常状態に近くない、つまり、第1の時間微分値は、定常状態に達するまでゼロとは大きく異なる。
枯渇モードおよび線形モード
すべての線形モード
枯渇モード、線形モード、およびゼロ電流モード
線形モードおよびゼロ電流モード
すべてゼロ電流モード
ECデバイスを状態間で切り替える場合は、印加される制御信号も変更される。電圧変動の速度が定常状態の限界を超える場合(界面の挙動に関しては、ECデバイス動作の定常モードと混同しないこと)、ヒステリシス効果が発生する。実際の用途では、臨界電圧変動速度が非常に低いため、非定常レジームの使用を回避することは不可能である。したがって、有限サイズの可変透明層に印加される制御信号の電圧変動の速度が臨界値を超えると、非定常電流-電圧特性に従って高い突入電流が漏れる。最も高い過電圧は、制御信号の印加点に隣接するゾーン、つまり電極スタックの境界/エッジに近いゾーンで発生する。これらのゾーンでの高い界面電流は、表面導電層でのオーム降下の増加を引き起こし、したがって、制御信号の印加点からより離れたゾーンでの過電圧を(定常状態と比較して)低下させる。それにより、印加された制御信号の電圧変化の速度が速すぎる場合、過渡時に可変透明層の透過率の激しい不均一性が発生する可能性がある。しかしながら、このような過渡現象は定常状態で終了するため、説明されている不均一性は一時的なものである。
低速ではあるがかなり均一な定常レジームと高速であるが不均一な過渡レジームの切り替えの間のトレードオフは、ECデバイスの実際の透過率、人間の目の感度、および周囲照度に応じたレジームの漸進的な変化である。完全に透明な定常状態から完全に暗くなった状態まで、ダイナミックレンジ全体を切り替えることを考える。開始時には、透過光による照度が最も高く、人間の目の感度は、透過率の不均一性が低い場合でも十分に認識できる。一方、完全に放電されたECデバイスはインピーダンスが最小であるため、突入電流が相対的に高くなり、アイリス効果が増加するだろう。したがって、初期ステップでは、人間の目がそれほど敏感でなく、起こりうる突入電流がそれほど高くない値に透過率が達するまで、電圧変動の速度は定常レジームに近くなる。それにもかかわらず、中間状態では、定常モードでさえ、特定の最小の透過率の(上記の)不均一性がある。ECデバイスが透過率の中間レベルで動作し、不均一性が最小限に抑えられるようにするために、開回路挙動の機能が使用される。
(a)空間占有者に対する照明の快適さを改善する。(b)建物の熱負荷を最適化して、HVAC CAPEXと運用コストを削減する。
占有者の照明の快適さは、建物の地理的な場所とはほとんど関係なく、主に人間の生理機能によって決まる。しかしながら、熱負荷の最適化は、建物の場所の関数として大きく変動する。
システムがエネルギー効率モードで動作している場合、主要な最適化パラメータは、建物(または車両)の合計エネルギー消費量である。制御システムは、窓の光の透過制御、HVAC、および室内照明に使用されるエネルギーを含む、建物の総エネルギー消費量を監視する。次に、システムはこれら3つの要素の動作を最適化して、建物内の最小限の許容条件(例えば、内部温度が特定の境界を上回る、または下回ることを許容しない)を維持しながら、総エネルギーを最小化する。
本明細書の他の箇所で説明されているように、制御目標によって区別される建物に対して、エネルギー効率と照明制御という2つの明確に異なるモードが存在する可能性がある。カレンダーの観点から、建物は日時に応じてこれらのモードのいずれかで動作する。例えば、勤務時間中、例えば午前8時から午後6時の間、建物は照明制御モードになるだろう。その日の残りの時間、週末と休日には、建物はエネルギー効率モードに切り替わるだろう。使用者は、建物の制御モードを無効化する選択肢を利用できる。
車両の電化を促進することで、建物と同様に光と熱の条件を最適化できる。車両に窓および/または屋根用のECデバイスが装備されている場合、透明度を動的に調整できる。車両が占有されている場合、通常、使用者は、内部の状態の制御を有するだろう。車両が駐車しているとき、自動制御モードが有効になっている可能性がある。例えば、晴れた寒い冬の日には、温室の温暖化を最大化することで車の温暖化を最大化するために、車両のECデバイスを高透過率のクリア状態に遷移できる。あるいはまた、暑い夏の日には、熱負荷を最小限に抑える必要があり、ECデバイスは低透過状態(例えば、VLTが低い暗状態)に遷移できる。太陽熱による室内温度の低下は、ACが燃料節約の改善に携わり、CO2排出量の削減に取り組むと、キャビンの冷却により少ないエネルギーが費やされるため、より速い時間で快適になる。この熱負荷の低減により、暖かい日に車両が太陽の下に駐車されたときに、ECデバイスを自動的に暗いモードに切り替える必要がある。ECデバイスの暗状態を維持すると、エネルギーが消費され、バッテリーが消耗する可能性がある。したがって、車両がグリッド接続されている場合、車両のECデバイスの動的調整が有利に制御される。
EC組成物または層の光吸収成分は、可視、UV、および/またはNIR領域で電磁放射束の調整可能な減衰を提供できるため、(1)ECデバイスを通して見ている人間に対して、および/またはそれが設置されている領域に対して、望ましい視覚感覚を生成し、(2)ECデバイスに、可視、UV、および/またはNIR領域で入射する電磁放射エネルギーの量を調整する機能を提供する。
ここで、R1とR2は、同じまたは異なっており、置換または非置換のアルキル基、ベンジル基、置換または非置換のフェニル基を個別に表し、X-は陰イオンを表す。
本開示のエレクトロクロミック組成物および層は、ゲルの形態とすることができる。そのようなゲルは、固相(例えば、流体(例えば、液相)によってその全体積全体にわたって拡張される非流体コロイドネットワークまたはポリマーネットワーク)を含む。ゲルは、入力信号に応答して光透過を1つの状態から別の1つの状態に変化させることを含む、上記のエレクトロクロミック組成物または層のすべての光学的および電気的属性を有することができる。
サンプル1(青)
マトリックス:PMMA-co-PMAA 30~45重量%、炭酸プロピレン
希釈剤:クロロホルム、塩化メチレン
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジベンジルビオロゲン/ジメチルビオロゲン過塩素酸塩/テトラフルオロボレート、0.05M
支持電解質:なし
製造:ローリング、カレンダリング
添加要素:スペーサとしてのガラスミクロスフェア
修飾剤:なし
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 40~45重量%、炭酸プロピレン
希釈剤:アセトン、二塩化メチレン、クロロホルム
光吸収化合物前駆体:フェロセン 0.1M、C4-ビスビオロゲンテトラフルオロボレート、0.025M、ジメチルビオロゲンテトラフルオロボレート 0.05M
支持電解質:なし
製造:ローリング
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 40~45重量%、炭酸プロピレン
希釈剤:アセトン、二塩化メチレン、クロロホルム
光吸収化合物前駆体:5,10-ジメチル-5,10-ジヒドロフェナジン 0.1M、C4-ビスビオロゲンテトラフルオロボレート 0.05M
支持電解質:なし
製造:ローリング
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 40~45重量%、炭酸プロピレン
希釈剤:アセトン、二塩化メチレン、クロロホルム
光吸収化合物前駆体:5,10-ジメチル-5,10-ジヒドロフェナジン 0.1M、C4-ビスビオロゲンテトラフルオロボレート 0.025M、ジメチルビオロゲンテトラフルオロボレート 0.05M
支持電解質:なし
製造:ローリング
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 40~45重量%、炭酸プロピレン
希釈剤:アセトン、二塩化メチレン、クロロホルム
光吸収化合物前駆体:5,10-ジメチル-5,10-ジヒドロフェナジン 0.1M、ジメチルビオロゲンテトラフルオロボレート 0.05M
支持電解質:なし
製造:ローリング
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 40~45重量%、炭酸プロピレン
希釈剤:アセトン、二塩化メチレン、クロロホルム
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジメチルビオロゲンテトラフルオロボレート 0.05M
支持電解質:なし
製造:ローリング
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 35重量%、炭酸プロピレン、ポリ(エチレングリコール)-400
希釈剤:アセトン
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジメチルビオロゲンテトラフルオロボレート0.05M
支持電解質:なし
製造:PET/金属メッシュ/CNT電極へのスロットダイコーティング、熱風乾燥、ラミネーション
添加要素:なし
修飾剤:Agidol-1(酸化防止剤)、Milestab 9(UV安定剤)
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 30重量%、炭酸プロピレン、ポリ(エチレングリコール)-400
希釈剤:アセトン
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.09M
支持電解質:なし
製造:PET/金属メッシュ/CNT電極へのスロットダイコーティング、熱風乾燥、希釈剤蒸発、ラミネーション
添加要素:なし
修飾剤:Agidol-1(酸化防止剤)、Milestab 9(UV安定剤)
マトリックス:メタクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸カルシウム塩共重合体(VITAN-OS) 23重量%、炭酸プロピレン、ポリ(エチレングリコール)-400
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.08M
支持電解質:なし
製造:PET/金属メッシュ/CNT電極へのドクターブレードポリマー分散コーティング、熱風乾燥、ラミネーション
添加要素:なし
修飾剤:Agidol-1(酸化防止剤)、Milestab 9(UV安定剤)
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、35重量%、分類、<15μm画分、炭酸プロピレン
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.03M
支持電解質:emimTFSI 0.1M
製造:PET/金属メッシュ/CNT電極へのドクターブレードポリマー分散コーティング、熱風乾燥、ラミネーション
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、35重量%、分類、<15μm画分、炭酸プロピレン
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:C4-ビスビオロゲン-TFSI 0.013M、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.025M、5,10-ジメチル-5,10-ジヒドロフェナジン 0.054M
支持電解質:なし
製造:PET/金属メッシュ/CNT電極へのドクターブレードポリマー分散コーティング、熱風乾燥、ラミネーション
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、22重量%、分類、<15μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 1:2.45(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:フェロセン、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.04M
支持電解質:emimTFSI 0.5M
製造:PET/金属メッシュ/CNT電極へのドクターブレードポリマー分散コーティング、熱風乾燥、ラミネーション
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、22重量%、分類、<15μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 1:2.45(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:ジフェニルビオロゲン-TFSI 0.003M、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.015M、10-メチルフェノチアジン 0.03M
支持電解質:emimTFSI 0.4M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、22重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 1:2.45(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:ジメチルビオロゲン-TFSI 0.009M、トリトリルアミン 0.006M、N、N’-ビス(4-メトキシ-2-メチルフェニル)-N、N’-ジフェニルベンジジン 0.003M
支持電解質:emimTFSI 0.4M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、22重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 1:2.45(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:ジメチルビオロゲン-TFSI 0.005M、トリトリルアミン 0.005M
支持電解質:emimTFSI 0.4M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、18重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 35:65(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:メチルフェニルビオロゲン-TFSI 0.03M、10-メチルフェノチアジン 0.03M
支持電解質:emimTFSI 0.65M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、18重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 35:65(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:ジメチルビオロゲン-TFSI 0.03M、10-メチルフェノチアジン 0.03M
支持電解質:emimTFSI 0.65M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、18重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 35:65(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:N、N、N’、N’-テトラフェニルフェニレンジアミン 0.005M、ジメチルビオロゲン-TFSI 0.005M
支持電解質:emimTFSI 0.4M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、18重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 35:65(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:ジメチルビオロゲン-TFSI 0.004M、N、N’-ビス(4-メトキシ-2-メチルフェニル)-N、N’-ジフェニルベンジジン 0.004M
支持電解質:emimTFSI 0.4M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
マトリックス:ポリアクリロニトリル(PAN)、Mw=150k、18重量%、未分類、<100μm画分、炭酸プロピレン:エチレンカーボネート 35:65(mol)
希釈剤:なし
光吸収化合物前駆体:C4-ビスビオロゲン-TFSI 0.015M、10-メチルフェノチアジン 0.015M
支持電解質:emimTFSI 0.65M
製造:現場打ちIGU充填(FTO/ITOガラス)
添加要素:なし
修飾剤:なし
エレクトロクロミックデバイス、その構成要素、およびエレクトロクロミックデバイスを制御するためのシステムおよび方法、ならびに前述のエレクトロクロミック材料、組成物、層、ゲル、および製造が記載されている。以下に提供されるのは、本開示の特定の態様であり、以下を含む。
ここで、R1とR2は同じであり、C1-7のアルキル基、ベンジル基、フェニル基、または1つまたは複数の置換基を有するフェニル基を表し、1つまたは複数の置換基は、C1-4のアルキル基、C1-4のパーフルオロアルコキシ基、トリフルオロメトキシ基、またはハロゲン原子であり、X-は有機アニオンを表す。いくつかの実施形態では、R1およびR2は、C1-7のアルキル基を表す。他の実施形態では、R1およびR2は、フェニル基の3、4、および/または5位に1つまたは複数の置換基を有するフェニル基を表す。例えば、R1およびR2は、フェニル基の3、4、および/または5位に2つ以上の置換基(例えば、2つ以上のC1-7のアルキル置換基)を有するフェニル基を表すことができ、R1およびR2は、フェニル基の4位に置換基を有するフェニル基を表すことができ、例えば、R1およびR2は、C1-4のアルキル基、C1-4のパーフルオロアルコキシ基、トリフルオロメトキシ基、またはハロゲン原子置換基をフェニル基の4位に有するフェニル基を表すことができる。X-は(CF3SO2)2N-の有機アニオンであるか、それを含むことができる。そのようなエレクトロクロミック材料は、エレクトロクロミックデバイス内に含めることができる。
ここで、R1とR2は異なり、非置換の、またはフェニル基、ハロゲン原子のうちの1つまたは複数で置換されたアルキル基、アルキル基で置換された4,4’-ビピリジニウム、ベンジル基、フェニル基、または、アルキル基、ハロアルキル基、ハロゲン原子のうちの1つまたは複数で置換されたフェニル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルコキシ基、ペンタフルオロスルファニル基、またはシアノ基を個別に表し、X-はアニオンを表す。いくつかの実施形態では、R1は、C1-7のアルキル基を表すことができ、R2は、フェニル基、またはアルキル基、ハロアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ハロゲン化アルコキシ基、ペンタフルオロスルファニル基、またはシアノ基のうちの1つまたは複数で置換されたフェニル基を表す。他の実施形態では、R1は、C1-7のアルキル基を表すことができ、R2は、フェニル基、またはフェニル基の3、4、および/または5位に1つまたは複数の置換基を有するフェニル基を表すことができる。例えば、R2は、フェニル基の3、4、および/または5位に2つ以上の置換基を有するフェニル基を表すことができ、R2は、フェニル基の3位と5位に2つの置換基(例えば、2つのC1-7のアルキル置換基)を有するフェニル基を表すことができ、R2は、フェニル基の4位に置換基を有するフェニル基を表すことができる。そのようなエレクトロクロミック材料は、エレクトロクロミックデバイス内に含めることができる。
ここで、R1とR2は、同じまたは異なっており、置換または非置換のアルキル基、ベンジル基、置換または非置換のフェニル基を個別に表し、X-は、アニオン、溶媒、および任意選択で高分子材料を表す。陰極材料は、グレースケールの可視光を生成するように適合された2つ以上の化合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、R1は、C1-7のアルキルを表すことができ、R2は、フェニル基、または、アルキル基、ハロアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ハロゲン化アルコキシ基、ペンタフルオロスルファニル基、またはシアノ基のうちの1つまたは複数で置換されたフェニル基を表す。他の実施形態では、R1は、C1-7のアルキル基を表すことができ、R2は、フェニル基、または、フェニル基の3、4、および/または5位に1つまたは複数の置換基を有するフェニル基を表すことができる。例えば、R2は、フェニル基の3、4、および/または5位に2つ以上の置換基を有するフェニル基を表すことができ、R2は、フェニル基の3位と5位に2つの置換基(例えば、2つのC1-7のアルキル置換基)を有するフェニル基を表すことができ、R2は、フェニル基の4位に置換基を持有するフェニル基を表すことができる。X-は、トリフルオロメタンスルホニルイミド(CF3SO2)2N-を表すことができる。組成物は、フェロセン、5,10-ジヒドロフェナジン、ポリアリールアミン、トリトリルアミン、フェノチアジン、メチル-フェニル-チアジン、またはベンジジンのうちの1つまたは複数を含む陽極材料をさらに含むことができる。そのようなエレクトロクロミック組成物は、エレクトロクロミックデバイス内に含めることができる。
L.固体ネットワーク相および液相を含むゲルの形態のエレクトロクロミック組成物であって、エレクトロクロミック組成物は、入力信号に応答して、光透過を1つの状態から別の1つの状態に変化させることができる。ゲルは、曲面に容易に一致するように十分に柔軟にすることができる。特定の態様において、ゲルは、1大気圧および20℃での定常状態下で効果的に流れを示さない。いくつかの実施形態では、ゲルは、可視スペクトルにわたって、一方の状態で1%未満の透過率を有し、他方の状態で少なくとも50%の透過率を有することができる。他の実施形態では、エレクトロクロミック組成物は、1つまたは複数の入力信号に応答して、光透過を1つの状態から1つまたは複数の他の状態に連続的に変化させることができる。さらなる実施形態では、光透過率の変化は、UVおよび/またはIR波長で発生する。さらに別の実施形態では、エレクトロクロミック組成物は、入力信号に応答して光透過を1つの状態から別の1つの状態に変化させることができる1つまたは複数の構成要素、および放射線フィルタ、添加剤要素、支持電解質のうちの1つまたは複数、またはそれらの組み合わせを含むことができる。特定の点において、1つまたは複数の放射線フィルタ、添加剤、または電解質は、有機材料を含む。他の実施形態では、ゲルは、-40℃~110℃の温度範囲内で作動可能とすることができるか、または、UVまたはIR波長の約50%以上を吸収できるか、または、音を少なくとも50%減衰させることができるか、または、低いヘイズを有することができる。
Claims (12)
- 第1の電極、第2の電極、および1つまたは複数のエレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック組成物を含み、
前記1つまたは複数のエレクトロクロミック材料の少なくとも1つは、前記第1の電極または前記第2の電極のいずれかでのみ電子交換を行い、
前記エレクトロクロミック組成物は、前記第1の電極と前記第2の電極との間にそれらに接触して配置され、前記電極間の入力信号に応答して、光透過を1つの状態から別の1つの状態に変化させるように構成され、
前記エレクトロクロミック組成物は、前記1つまたは複数のエレクトロクロミック材料として陰極化合物および陽極化合物を含み、前記第1の電極または前記第2の電極のいずれかまたは両方は、前記陽極化合物の還元および酸化を実質的に禁止しながら、実質的に前記陰極化合物および/またはその還元形態のみを還元および酸化することを選択的に可能にする、エレクトロクロミックデバイス。 - 前記第1の電極または前記第2の電極のいずれかまたは両方は、前記エレクトロクロミック組成物との界面に半導体材料を含む、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記第1の電極は、前記第2の電極の材料とは異なる材料を含む、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記エレクトロクロミック組成物は、入力信号に応答して、可視光透過を1つの状態から別の1つの状態に変化させるように構成される、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記エレクトロクロミック組成物内で、第1の電極と第2の電極との間に配置された、選択的透過性膜をさらに含む、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記膜は、中心部分および周辺部分を有し、前記中心部分は、前記周辺部分の透過性とは異なる透過性を有する、請求項5に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記膜は、中心部分および周辺部分を有し、前記中心部分は、前記周辺部分よりも高い透過性を有する、請求項5に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記第1の電極、第2の電極、およびエレクトロクロミック組成物は、可変透過率層(VTL)を形成し、前記VTLは、前記VTLの中心部分において、前記VTLの周辺部とは異なる電気特性を有する、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記エレクトロクロミック組成物は、ゲルの形態にある、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記ゲルの形態のエレクトロクロミック層は、前記ゲルの横方向において前記ゲルの異なる領域で実質的に異なる電気的特性を有する、請求項9に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 入力信号を印加するためのコントローラをさらに含み、前記コントローラは、分散型多点電気接続によって前記第1および第2の電極に電気的に接続され、前記電極間のオーム降下を最小限に抑える、および/または前記コントローラは、前記エレクトロクロミック組成物のイオン移動制限条件で両方の電極を動作させるように構成される、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 第1の電極、第2の電極、および1つまたは複数のエレクトロクロミック材料を含むエレクトロクロミック組成物を含み、
前記1つまたは複数のエレクトロクロミック材料の少なくとも1つは、前記第1の電極または前記第2の電極のいずれかでのみ電子交換を行い、
前記エレクトロクロミック組成物は、前記第1の電極と前記第2の電極との間にそれらに接触して配置され、前記電極間の入力信号に応答して、光透過を1つの状態から別の1つの状態に変化させるように構成され、
前記エレクトロクロミック組成物は、前記1つまたは複数のエレクトロクロミック材料として陰極化合物および陽極化合物を含み、前記第1の電極または前記第2の電極のいずれかまたは両方は、前記陰極化合物の還元および酸化を実質的に禁止しながら、実質的に前記陽極化合物および/またはその酸化形態のみを還元および酸化することを選択的に可能にする、エレクトロクロミックデバイス。
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