一种无机-有机复合溶液型电致变色材料及器件和制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无机－有机复合溶液型电致变色材料及器件和制备方法，属于电致变色材料及器件领域。该有机－无机复合溶液型的电致变色材料，包含无机材料和有机变色材料，其中无机材料是一种或者几种可以产生钛离子的无机钛源溶于水或者有机溶剂，有机变色材料是紫罗精。该无机－有机复合溶液型电致变色器件包括衬底（ａ、ｆ），导电电极（ｂ、ｅ），有机－无机复合变色溶液（ｇ），绝缘薄膜（ｄ），封装材料（ｃ）。制备该器件时首先通过ｓｏｌ－ｇｅｌ，磁控溅射技术，ＣＶＤ，ＰＶＤ的方法在衬底层上制备表面导电电极层。然后，将这种具有表面导电电极的衬底的导电面朝里，三边用绝缘薄膜作为空间，控制两个导电面间的距离，绝缘薄膜的外面用封装材料粘合并且固化。最后，将有机－无机复合的电致变色材料用注入其中，注口处用封装材料固化，再连接上电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机-有机复合溶液型电致变色材料及器件和制备方法，属于电致变色材料及器件领域。
技术介绍
随着当今信息时代飞速发展，在追求超薄、低功耗的平板显示器的研究中，电致变色显示器具有低的驱动电压，超清晰的对比度，宽阔的视角以及优越的记忆效果，成为新型显示器以及电子书和电子报纸的研究热点。加上对日益严重的能源和环境问题的重视，各国政府投入了大量的人力和财力进行电致变色材料与器件的研究和开发。电致变色材料可分为两大类，一类为无机变色材料，最常见的如MoO3，V2O5，NiO2，WO3等等。但是，对于这类电致变色材料，为了使其着色效率达到实用的要求，必须使注入的离子和电子深入到氧化物薄膜体相材料中，结果其变色转换时间较长。另外，这类氧化物薄膜的制备要求较高，如结晶温度不宜太高，晶型需要严格控制。所以，这类材料不能作为显示器用材料。另一类为有机电致变色材料，通过电子的得失发生氧化-还原反应，从而实现着色和褪色的可逆变化。与无机电致变色材料相比较，有机电致变色材料具有如下几个主要的优点第一，有机电致变色材料变色速度很快，可以达到飞秒级；第二，有机电致变色材料着色和褪色对比度很高，同时，不同的灰度可以通过外加电场的大小来实现。这就意味着有机电致变色材料在超薄器件方面有优越性；第三，有机电致变色材料驱动电压很低，节省能源；同时，即使断电后，也保持变色效果，具有记忆效果。因此，通常人们采用无机薄膜作为变色层，或使用有机变色材料作为变色层制备电致变色器件。但是，至今为止，无机一有机复合电致变色材料及器件还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是研制出一种有机-无机复合溶液型的电致变色材料，使这类材料具有着色时间和褪色时间都快(＜1s)的优点。这种有机-无机复合溶液型的电致变色材料，它包含了无机材料和有机变色材料。其中无机材料主要包括TiCl3、TiCl4等一种或者几种可以产生钛离子的无机钛源。其中的一种或者几种无机钛源溶于水或者有机溶剂，便可以得到Ti+3或者Ti+4的溶液。这种无机钛离子的溶液为透明淡黄色。有机变色材料主要是各种紫罗精(viologen)，其中包括甲基紫精，乙基紫精等直链紫精；以及各类紫精聚合物，如聚乙基紫精等。将紫罗精按照适当的比例溶入无机钛离子的溶液，就可以得到有机-无机复合变色溶液。这种溶液为透明无色。为了提高着色效率和响应时间，通过钛离子和紫罗精分子的比例来实现。一般的钛离子和紫罗精的摩尔配比范围在1∶50-10∶1之间。本专利技术的有机-无机复合溶液型电致变色材料，其着色和褪色的反应机理在于有机和无机物对于电子的争夺上，以甲基紫精和Ti+4的体系为例，当有外加电流时，发生如下反应(1)当外接电压去掉时，发生如下反应(2)本专利技术的另一个目的是提供一种新型溶液型电致变色器件和制备方法，如说明书附图中图1所示，这种新型溶液型电致变色器件包括衬底(a、f)，导电电极(b、e)，无机-有机复合溶液型电致变色材料(g)，绝缘薄膜(d)，封装材料(c)。其中衬底采用光学玻璃或者柔性透明塑料，导电电极由金属氧化物的导电薄膜制成，可以通过sol-gel，磁控溅射技术，CVD，PVD等技术制备，封装材料可采用UV固化胶或硅橡胶或双面胶。器件采用三明治结构，共三层。导电电极附着在衬底上，导电电极面相向朝里，绝缘薄膜作为垫片，控制两个导电面间的距离，在两层导电电极之间，封装一层无机-有机复合溶液型电致变色材料。绝缘薄膜的外面用封装材料粘合并且固化。在两层导电电极之间加上直流低压驱动电压，就可以实现色彩的可逆变化。本器件的制备方法是首先在衬底层上制备表面导电电极层。然后，将这种具有表面导电电极的衬底的导电面朝里，三边用绝缘薄膜作为空间，控制两个导电面间的距离，绝缘薄膜的外面用封装材料粘合并且固化。最后，将有机-无机复合的电致变色材料用注入其中，注口处用封装材料固化，电极的连接可以选择在封装之前或者封装之后，这种电致变色器件只要在外接直流电压的驱动下变色。去掉电压，就可以褪色。外加驱动电压在3-5V DC之间可方便选择。这种新型电致变色器件具有如下的特点(1)本专利技术的器件是将通常电致变色器件的变色层和离子导电层用有机-无机复合的电致变色材料替代，具有简单的三明治结构。(2)该类新型电致变色器件质量轻、成本低，并且制备工艺简单，在实现快速着色的同时，可实现了快速褪色(＜1s)。由于上述特点，本专利技术可以满足智能窗以及防眩镜的要求，另外在平板型的电致变色显示器方面，显示了较大的潜力。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。包括衬底(a、f)，导电电极(b、e)，无机-有机复合溶液型电致变色材料(g)，绝缘薄膜(d)，封装材料(c)。具体实施例方式以下结合具体实施方式和附图对本专利技术进行进一步的说明，但并非仅局限于实施例。在光学玻璃上磁控溅射的ITO薄膜(厚度100-300nm)，可以简称为ITO玻璃。其透光率＞80％，电阻率小于200Ω·cm。其电阻率越小越好。将ITO玻璃切割成2.5×3cm2大小，用绝缘薄膜贴在ITO玻璃导电面的三个边上，边缘外留有一定的空间。将另外一块ITO玻璃的导电面朝里放在绝缘薄膜组成的垫圈上，用夹子夹住，将两块ITO玻璃之间的垫圈外面，用UV固化胶封装固化；采用TiCl4和甲基紫精为原料，按钛离子和紫罗精的摩尔配比范围在1∶20配制有机-无机复合变色溶液，先通入氮气30min，然后，用注射器将有机-无机复合变色溶液注入，注射口用UV固化胶封住。在两个衬底导电电极引出电极外接直流电源，即可得到如图1所示的电致变色器件，实现电致变色。权利要求1.一种有机-无机复合溶液型的电致变色材料，其特征在于包含无机材料和有机变色材料，其中无机材料是一种或者几种可以产生钛离子的无机钛源溶于水或者有机溶剂，有机变色材料是紫罗精。2.按权利要求1所述的一种有机-无机复合溶液型的电致变色材料，其特征在于所述的钛离子和紫罗精的摩尔配比在1∶50-10∶1。3.按权利要求1或2所述的一种有机-无机复合溶液型的电致变色材料，其特征在于所述的无机钛源为TiCl3或TiCl4。4.按权利要求1或2所述的一种有机-无机复合溶液型的电致变色材料，其特征在于所述的紫罗精包括直链紫精和紫精聚合物。5.一种使用权利要求1或2或3或4所述的无机-有机复合溶液型电致变色材料制备的无机-有机复合溶液型电致变色器件，其特征在于器件包括衬底(a、f)，导电电极(b、e)，有机-无机复合变色溶液(g)，绝缘薄膜(d)，封装材料(c)；器件采用三明治结构，导电电极附着在衬底上，导电电极面相向朝里，绝缘薄膜作为垫片，控制两个导电面间的距离，在两层导电电极之间，封装一层无机-有机复合溶液型电致变色材料。绝缘薄膜的外面用封装材料粘合并且固化。6.按权利要求5所述的无机-有机复合溶液型电致变色器件，其特征在于衬底采用光学玻璃或者柔性透明塑料，导电电极采用导电薄膜制成，封装材料采用UV固化胶或硅橡胶或双面胶；7.按权利要求5或6所述的无机-有机复合溶液型电致变色器件的制备方法，其特征在于首先通过sol-gel，磁控溅射技术，CVD，PVD的方法在衬底层上制备表面导电电极层，然后，将这种具有表面导电电极的衬底的导电面朝里，三边用绝缘薄膜作为空间，控制两个导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机－无机复合溶液型的电致变色材料，其特征在于包含无机材料和有机变色材料，其中无机材料是一种或者几种可以产生钛离子的无机钛源溶于水或者有机溶剂，有机变色材料是紫罗精。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛万银，李永祥，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]