一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗技术

本发明专利技术公开了一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗，该电致变色材料结构为NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间；通过将电致变色材料结构设置于两片玻璃片之间形成该智能窗窗本体的结构。本发明专利技术通过对智能窗所使用的电致变色材料结构的选择，使智能窗同时具有超级电容器的性能，智能窗可跟踪入射光的能量进行调节从而控制室内温度的同时，可实现其对电荷的存储与释放。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗
本专利技术属于电致变色材料
，具体是涉及一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗。
技术介绍
电致变色是指在一定的电场或电流作用下，材料会发生光散射或者光吸收，从而导致其颜色发生变化，当电极极性改变时，又会出现退色的现象。自从1969年Deb.S.K.首次发现了WO3具有电致变色现象以来，人们又相继发现了很多与WO3一样具有电致变色性能的物质，如NiO，紫罗精，聚苯胺等，使得电致变色材料的种类逐渐增多，应用逐渐变广。由于电致变色材料能够控制光能，降低能量损耗，符合未来智能材料的发展趋势，因此受到越来越多的关注。特别是如今，随着人们节能环保意识地逐渐提升，电致变色材料在智能窗的应用方面已成为研究热点。这种智能窗是通过自动或者手动改变外加电压或电流，从而使材料发生化学反应，导致其颜色发生变化，再跟踪入射光的能量进行调节从而控制室内温度。然而现阶段，智能窗只能发生颜色变化，并不能同时实现电荷的储存与释放，浪费了部分能源。本专利技术通过选择既具有电致变色性能又可用作超级电容器的材料制备智能窗，使智能窗同时具有超级电容器的性能，来实现其对电荷的存储与释放。其原理是将智能窗通电后，薄膜会发生电子的嵌入与抽出，使窗体颜色发生改变。由于超级电容器对电荷的储存能力，断电后电荷将留在电极/溶液界面的双电层和电极材料本体中；同时，由于超级电容器可进行大电流充放电，当多扇智能窗并联时，已变色的智能窗可对其他窗体实现快速充电使其变色。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长，颜色多变化。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中存在的上述技术问题而提供了一种电致变色材料结构及其制备方法及智能窗。本专利技术的一种电致变色材料结构，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3-PANI复合薄膜和固体混合聚电解质；其特征在于：所述的NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，所述的WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间。优选地，所述的NiO薄膜采用化学浴沉积法制备；将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向混合溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜。优选地，所述的WO3-PANI复合薄膜采用电沉积法制备：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放电1min，最后在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜。优选地，所述的固体混合聚电解质的制备方法为：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应，最后在60℃加热1h以形成凝胶。本专利技术的一种电致变色材料结构的制备方法，其特征在于包括下述步骤：(1)将ITO基片分别于丙酮、甲醇、超纯水中超声清洗20min，除去其表面的灰尘及油脂，得到清洁的ITO基片，放入烘箱烘干；(2)用化学浴沉积法制备NiO薄膜：将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜；(3)用电沉积法制备WO3-PANI复合薄膜：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放1min，在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜；(4)固体混合聚电解质的制备：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应；最后在60℃加热1h以形成凝胶；(5)将所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，最终得到所述的电致变色材料结构。本专利技术的一种兼作为超级电容器的智能窗，包括框架、滑片和窗本体；其特征在于：通过将电致变色材料结构设置于两片玻璃片之间形成所述的窗本体的结构。采用电压控制系统和各个智能窗窗体并联。通电后，打开需要变色的智能窗开关，相应的智能窗即可发生变色；关闭电源，打开其他需要变色的智能窗开关，已变色的智能窗可实现对其他智能窗的快速充电使其变色，而该窗本体发生退色。采用电压控制系统和各个智能窗窗体并联，打开电压控制系统及窗体1开关，对窗体1施加-0.5～-5V的电压，阳离子嵌入窗体1的薄膜中，窗体颜色变为蓝黑色，断开电压控制系统及窗体1开关，其颜色保持不变。此时，打开窗体1及窗体2开关，窗体1对窗体2进行大电流充电，阳离子从窗体1抽出嵌入到窗体2中，同时阴离子嵌入窗体1，窗体1颜色发生变化，经历黄色、绿色，最终变为蓝色；窗体2变为蓝黑色。以此类推。此外，当对各窗体施加反向电压时，即0～+5V的电压，颜色变化与上述过程相反。本专利技术通过对智能窗所使用的电致变色材料的选择与结构，使智能窗同时具有超级电容器的性能，来实现其对电荷的存储与释放。其原理是将智能窗通电后，对窗体施加-0.5～-5V的电压，窗体颜色变为蓝黑色。此时，发生如下的变色反应：再对窗体施加0～+5V的电压，窗体颜色经历绿色、黄色，最终变为蓝色。此时，发生如下的变色反应：由于超级电容器对电荷的储存能力，断电后电荷将留在电极/溶液界面的双电层和电极材料本体中；同时，由于超级电容器可进行大电流充放电，当多扇智能窗并联时，已变色的智能窗可对其他窗体实现快速充电使其变色。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长，颜色多变化。本专利技术的有益效果在于在使智能窗可跟踪入射光的能量进行调节从而控制室内温度的同时，可实现其对电荷的存储与释放。该结构安全有效，节能环保，使用寿命长。附图说明图1为本专利技术的智能窗窗体结构的示意图；图2为本专利技术的智能窗窗体颜色变化示意图(+5V～-5V)；图3为本专利技术的电压控制系统控制多个智能窗窗体的电路示意图。具体实施方式下面结合附图以及实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例一：本专利技术的电致变色材料结构为NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电致变色材料结构，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3‑PANI复合薄膜和固体混合聚电解质；其特征在于：所述的NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，所述的WO3‑PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3‑PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3‑PANI复合薄膜之间。

【技术特征摘要】
1.一种电致变色材料结构，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3-PANI复合薄膜和固体混合聚电解质；其特征在于：所述的NiO薄膜沉积在一片ITO基片上，所述的WO3-PANI复合薄膜沉积在另一片ITO基片上；所述的固体混合聚电解质设置于NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间，并且固体混合聚电解质的两端均用树脂封装在NiO薄膜和WO3-PANI复合薄膜之间；所述的固体混合聚电解质的制备方法为：将0.2mol的柠檬酸一水化物、100mL无水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸锂混合均匀，然后将20g乙二醇加入到溶液中以促进聚合反应，最后在60℃加热1h以形成凝胶。2.根据权利要求1所述的电致变色材料结构，其特征在于：所述的NiO薄膜采用化学浴沉积法制备；将0.16mol的硫酸镍，0.03mol的过硫酸钾和400ml水磁力搅拌混合均匀，配制得到混合溶液；将聚酰亚胺胶带粘在ITO基片的非导电侧以防止该侧发生沉积；将ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向混合溶液中加入40mL氨水，剧烈搅拌，沉积得到薄膜后并用超纯水洗涤；除去胶带，将样品放入烘箱烘干，然后在300℃空气中退火1.5h制备得到NiO薄膜。3.根据权利要求1所述的电致变色材料结构，其特征在于：所述的WO3-PANI复合薄膜采用电沉积法制备：将5mL0.1M的稀硫酸溶液与苯胺溶液磁力搅拌混合均匀，向其中加入2mL0.1M的钨酸钠溶液，配制得到透明的电解液；选择两电极体系，两片ITO基片分别作为工作电极和对电极，先3mA恒流充电1min，再3mA恒流放电1min，最后在工作电极ITO基片上制备得到WO3-PANI复合薄膜。4.一种制备权利要求1所述的电致变色材...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九蓬，曲慧颖，李垚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23