一种基于Al3+离子的全固态电致变色器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Al

One based on Al

The invention discloses a method based on Al

【技术实现步骤摘要】
一种基于Al3+离子的全固态电致变色器件及其制备方法
本专利技术涉及电致变色器件的
，具体涉及一种基于Al3+离子的全固态电致变色器件及其制备方法。
技术介绍
电致变色是指材料在外加电场作用下其光学性能发生可逆变化的现象，电致变色材料广泛应用于建筑智能窗户、汽车防眩后视镜、显示设备等领域，而由电致变色材料制备的器件被称为电致变色器件。现有的电致变色器件一般具有五层结构，包括透明导电层、电致变色层、离子导电层、离子存储层和透明导电层。透明导电层作为电极，起到传导电子的作用，一般采用商业化生产的ITO薄膜；电致变色层对整个电致变色器件的性能起决定性作用，目前多采用氧化钨；离子导电层提供电致变色所需离子的传输通道，一般为含H+、Li+离子的液态或者固态电解质。离子存储层的功能是阻止离子在透明导电层上的沉积，并保持离子导电层的电中性。其工作原理即是：电致变色层利用离子导电层中的H+/Li+等小半径离子和电子双注入/脱出实现光吸收的可逆变化。但H+离子会腐蚀透明导电层，破坏电致变色层，且在施加电压的过程中易产生气泡。Li+离子价格昂贵，有毒性，容易与空气中的水反应。因此，需要一种廉价、高效的电解质，而Al3+离子被发现可以作为一种高效、稳定的电解质使用。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员赵志刚等研究了Al3+离子液体电解质在电致变色领域的应用(Z.G.Zhao.UnconventionalAluminumIonIntercalationDeintercalationforFastSwitchingandHighlyStableElectrochromism.Adv.Funct.Mater.2015,25,5833–5839)，具体为：以Al3+离子为电解液，以电致变色/透明导电层作为工作电极，铂作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，做成三电极系统测试电致变色性能。经研究发现，Al3+离子液态电解质展现出优于H+和Li+液态电解质的性能，可应用于电致变色领域。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提供了一种基于Al3+离子的全固态电致变色器件及其制备方法，制备工艺简单、成本低廉、安全可靠，制备得到的全固态电致变色器件响应速度快，电致变色层的微观结构与膜厚可控，易于推广。具体技术方案如下：一种基于Al3+离子的全固态电致变色器件，由上至下依次为第一透明导电层、电致变色薄膜层、离子导电层和第二透明导电层，所述的离子导电层为Al3+离子固态电解质。作为优选，所述的第一透明导电层和第二透明导电层独立地选自沉积有导电薄膜层的玻璃；所述的导电薄膜层选自掺氟氧化锡薄膜(FTO)、掺铟氧化锡薄膜(ITO)。作为优选，所述的电致变色薄膜层为W18O49。作为优选，所述第一透明导电层的厚度为200～600nm，电致变色薄膜层的厚度为300～700nm，离子导电层的厚度为500～2000nm，第二透明导电层的厚度为200～600nm。本专利技术公开了所述的基于Al3+离子的全固态电致变色器件的制备方法，步骤如下：(1)将WCl6与溶剂A混合，搅拌后得到前驱体溶液，将清洗后的第一透明导电层浸入前驱体溶液中，经水热反应后得到电致变色薄膜层/透明导电层；(2)将无水柠檬酸、正硅酸乙酯和溶剂B混合，再加入无水AlCl3，混合均匀后加入稳定剂，搅拌后得到离子导电层前驱体溶胶；(3)将步骤(2)制备的离子导电层前驱体溶胶涂覆在步骤(1)制备的电致变色薄膜层/透明导电层中电致变色薄膜层的一侧，再覆盖第二透明导电层，干燥后得到所述的基于Al3+离子的全固态电致变色器件。作为优选，步骤(1)中，所述第一透明导电层沉积有导电薄膜层的一侧面向反应器的内壁。经试验发现，采用该特定的摆放形式时，随W源浓度从低到高，制备得到的均为尺寸均匀的W18O49纳米线。当采用相反的摆放形式时，即将沉积有导电薄膜层的一侧背向反应器的内壁时，随W源浓度的升高，会出现薄膜过分生长，由纳米线的微观结构过渡到海胆状结构，该结构极易散射光线，使电致变色薄膜层/透明导电层不透明。作为优选，所述的溶剂A选自甲醇、乙醇或异丙醇，经试验发现，采用不同溶剂，制备得到的W18O49纳米线的直径会发生变化。即，可通过调整溶剂种类实现对W18O49电致变色层微观结构的可控，进而控制该电致变色器件的响应时间。进一步优选的溶剂A选自乙醇。经试验发现，通过改变前驱体溶液中W源浓度，可以调节电致变色薄膜层的厚度，电致变色调节范围也会发生变化。作为优选，所述前驱体溶液中WCl6的浓度为0.005～0.01g/mL；所述水热反应的温度为170～200℃，时间为4～10h。步骤(1)经水热反应后，电致变色薄膜是沉积在第一透明导电层的导电薄膜层上。步骤(2)中，溶剂B的选择需要满足同时对柠檬酸和无水氯化铝均具有较大的溶解度，作为优选，所述的溶剂B选自乙醇。所述无水柠檬酸、正硅酸乙酯和无水AlCl3的质量比为12～20:8～16:1～6；所述溶剂B中无水柠檬酸的浓度为0.2～0.5g/mL；所述溶剂B与稳定剂的体积比0.1～1:0.5～1。作为优选，所述稳定剂选自乙二醇、丙三醇，进一步优选为乙二醇。作为优选，所述反应的温度为40～60℃，时间为1～3h。作为优选，步骤(3)中，所述搅拌的温度为50～70℃，时间为10～12h。进一步地，干燥后的器件经冷却后，再经热熔胶封装，以防止空气、液体等杂质污染器件。与现有技术相比，本专利技术具有如下有点：本专利技术以Al3+离子固态电解质作为离子导电层，在未设计离子存储层的情况下，仍可阻止或延缓离子在透明导电层上的沉积，制备得到的全固态电致变色器件具有响应速度快，电致变色层的微观结构及厚度均可控，易于推广的优点。本专利技术的制备工艺简单，成本低廉，安全可靠。附图说明图1为本专利技术制备的基于Al3+离子的全固态电致变色器件的结构示意图，图中，1-第一透明导电层、2-电致变色薄膜层、3-离子导电层，4-第二透明导电层；图2为实施例1制备的W18O49电致变色薄膜层扫描电镜(SEM)照片；图3为对比例1制备的W18O49电致变色薄膜层扫描电镜(SEM)照片；图4为实施例1制备的电致变色器件分别在褪色态和着色态的照片；图5为实施例1制备的电致变色器件的CV循环伏安曲线图；图6为实施例1制备的电致变色器件的透过率曲线图。具体实施方式实施例11)电致变色薄膜层/透明导电层的制备，步骤如下：(1)第一透明导电层和第二透明导电层均采用沉积有FTO的玻璃片，两个FTO玻璃片均分别用丙酮、异丙醇、乙醇清洗；(2)将0.2gWCl6溶于30ml乙醇中，搅拌1小时，获得前驱体溶液；(3)选择一个清洗后的FTO玻璃片垂直放入反应釜中，沉积有FTO层的一侧面向反应釜内壁，前驱体溶液没过FTO玻璃片，经180℃水热反应4小时后得到W18O49-FTO玻璃样品，即电致变色薄膜层/透明导电层。2)制备Al3+离子固态电解质，步骤如下：以20ml无水乙醇为溶剂，将8g无水柠檬酸和4ml正硅酸乙酯混合，缓慢加入1g无水AlCl3，搅拌均匀后加入4ml乙二醇，在50℃温度下搅拌1小时，获得离子导电层前驱体溶胶。3)将离子导电层前驱体溶胶滴涂在电致变色薄膜层/透明导电层表面，用另一个FTO透明导电层覆盖，在60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Al

【技术特征摘要】
1.一种基于Al3+离子的全固态电致变色器件，其特征在于，依次为第一透明导电层、电致变色薄膜层、离子导电层和第二透明导电层，所述的离子导电层为Al3+离子固态电解质。2.根据权利要求1所述的基于Al3+离子的全固态电致变色器件，其特征在于，所述的第一透明导电层和第二透明导电层独立地选自沉积有导电薄膜层的玻璃；所述的导电薄膜层选自掺氟氧化锡薄膜或者掺铟氧化锡薄膜。3.根据权利要求1所述的基于Al3+离子的全固态电致变色器件，其特征在于，所述的电致变色薄膜层为W18O49。4.根据权利要求1所述的基于Al3+离子的全固态电致变色器件，其特征在于，所述第一透明导电层的厚度为200～600nm，电致变色薄膜层的厚度为300～700nm，离子导电层的厚度为500～2000nm，第二透明导电层的厚度为200～600nm。5.一种根据权利要求1～4中任一权利要求所述的基于Al3+离子的全固态电致变色器件的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将WCl6与溶剂A混合，搅拌后得到前驱体溶液，将清洗后的第一透明导电层浸入前驱体溶液中，经水热反应后得到电致变色薄膜层/透明导电层；(2)将无水柠檬酸、正硅酸乙酯和溶剂B混合，再加入无水AlCl3，混合均匀后加入稳定剂，搅拌后得到离子导电层前驱体溶胶；(3)将步骤(2)制备的离子导电层前驱体溶胶涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵高凌，谢君樑，卢王威，韩高荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33