电致变色聚合物和聚合物电致变色装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电致变色聚合物和聚合物电致变色装置。在某个实施方式中，两种互补聚合物可经过匹配并加入双聚合物电致变色装置。本发明专利技术的阳极着色聚合物能允许对一种电致变色窗的颜色、亮度和环境稳定性进行控制。另外，随同半秒转换时间可以达到完全颜色变化，还可以达到高装置对比度比值、高透射率变化和高亮度变化。还提供了电致变色装置，例如，广告标志、图象监视器、运动场记分板、电脑、公告板、手机警报系统、汽车警报／信息系统、问候卡片、电致变色窗、广告牌、电子图书和电气线路。本发明专利技术还提供互补电致变色聚合物在电致变色装置制造中的使用。在一些实施方式中，本发明专利技术的装置可使用金属气相沉积或线条图案形成技术来制备。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是在政府支持下进行的，为空军科研所/PKS(#49620-00-1-0047)、陆军研究所(#DAAD19-00-1-002)、国家科学基金会(#CHE9629854)和海军研究所(#N000014-00-1-0164)共同承担的一个研究项目的内容。
技术介绍
可进行可见光调制的方法有许多种。其中，电致变色技术能利用由电化学氧化还原过程获得的颜色和/或光密度的可逆变化，上述氧化还原过程中氧化物和还原物具有不同的颜色、折射指数或光密度。这些技术已经很容易地在多种用途中使用，如显示面板(1)、伪装材料(2)、可变反射镜(3)、可变光学衰减器和可变透射窗(4、5、6)等。例如，Gentex电致变色镜系统已经成功地在汽车工业中实现商品化。以无机半导体为基础的电致变色装置(ECDs)有很长的历史，自专利技术以来，它们的性能在稳定地提高(7)。对该领域进行全面回顾时发现，有机导电聚合物和电活性聚合物在各种领域的新近快速发展显示，在不久的将来，它们可能有许许多多实际用途(8)。这些材料对电致变色装置(4)以及有机发光二极管(9，10)和光电池产物(11)领域的形成作出了颇有价值的贡献。在电致变色方面，其性能上的显著提高可从以下几点来说明。首先，目前可供利用的颜色范围已经有效地包括整个可见光谱(12)，而且已延伸至微波、近红外和中红外区。这是由于已经能够合成多电子特性和共扼作用程度各不相同的多种聚合物。例如，通过单体的官能化作用(13)、共聚作用(14)及使用混合物、层压材料和复合材料对聚合物结构进行改性可以对带隙因而对颜色进行微小调节(15，16)。第二，装置使用寿命已大为延长。这个进步的关键是聚合物材料内部的降解过程(通过降低聚合过程中结构缺陷的发生率)和氧化还原系统的控制(17，18)。第三，聚合物基的ECDs已经能对应于光密度的巨大变化达到极其快速的转换时间(毫秒)。这一快速的转换作用是归因于电活性薄膜的高度开放的形态特性，该特性允许掺杂离子快速迁移(19)。聚合物的其它优良特性是突出的着色效率(20)和常规可加工性能。附图简要说明附图说明图1.沉积在ITO/玻璃基材上的单一聚合物薄膜的UV-Vis-NIR光谱叠加图。图1A表示聚合物的吸附状态，其中，PProDOP-NPrS是氧化形式，PProDOT-Me为中性形式。两条吸收光谱线的叠加(虚线)表示以这两种聚合物为基础的装置着色状态的最可能性能。图1B表示聚合物薄膜的无色状态。中性PProDOP-NPrS和掺杂PProDOT-Me2光谱线的叠加(虚线)在整个可见光区域内给着色状态提供了高对比度，从而产生了强透射的装置。为了使图形清晰，光谱的可见区(400-800nm)用垂直虚线标明。所有实验都是利用Varian Carry 5E分光光度计进行的。聚合物在一个经特殊设计的三电极光谱电化学池中转换。图2.装置的透射光谱和照片，使用PProDOT-Me2为阴极着色聚合物，PBEDOT-NMeCz(A)和PProDOP-NPrS(B)分别为阳极着色层，装置在两个极限状态(着色和无色)。垂直虚线表示中性PBEDOT-NmeCz切断的起始位置。图3A.透射率和转换时间的关系(a)PProDOT-Me2/PBEDOT-NmeCz装置，(b)PProDOT-Me2/PProDOP-NPrS装置和(c)PProDOT-Me2薄膜。这些实验中，在λmax透射单色光的变化是在重复进行的氧化还原转换实验中测量的。所有实验都是在Varian Cary 5E分光光度计上进行的。经DekTak Sloan 3030轮廓仪测量，PProDOT-Me2层的厚度为200nm。图3B显示了该装置的色调和饱和x-y迹线，当施加的电位从-2.5伏转变为+1.5伏时，可以观察到一条直线在颜色空间的深蓝区向强透射(近白色点)的蓝-绿色延伸。图4A.PProDOT-Me2/PProDOP-NPrS装置的亮度分析。相对亮度与电位的关系采用D50白色光源测量。图4B表示PProDOT-Me2/PProDOP-NPrS装置多次电致变色转换的使用寿命。该研究是通过将装置的电位在-l伏和+1伏之间连续递增的方法进行的，在每个电位有30秒的滞后，使颜色转变完全、并有个保持时间。在这段时间内，亮度进行为期7天的测量。上面这条线 表示无色状态下装置亮度随运行周期的增加而降低；下面这条线 表示连续转换过程中暗色状态的消减。所有测试都是用Minolta CS 100色度计进行的。图5.透射型ECD的示意图。它由沉积在涂覆有透明氧化锡铟(ITO)的玻璃上的两个聚合物薄膜组成，用一种以溶解在乙腈/丙烯碳酸盐溶胀聚甲基丙烯酸甲酯基体中的LiN(CF3SO2)2为基础的粘性凝胶电解质将所述两层薄膜隔开。该装置构造使用的是一种氧化掺杂的聚合物和另一种中性聚合物，且该两个薄膜可同时处于各自的透射或吸收状态。这样，装置就观测为无色的或着色的。电压的施加使掺杂聚合物中和，同时使另一聚合物发生氧化，从而引起颜色形成，或变成无色。PProDOT-Me2从掺杂状态的高透射浅蓝色向中性状态的深蓝-紫色转换，而PProDOP-NPrS从灰-绿色状态转变为一种接近于中性的透明状态。所示的彩色图形为L*a*b*确定的色坐标。图6.N-取代ProDOPs的合成图7.以20mV/s的扫描速度，对单体在0.1M LiClO4/PC的0.01M溶液进行电位扫描，在一铂圆片(面积＝0.02cm2)上电沉积N-乙基ProDOPs(a)N-MePProDOP(20次循环)，(b)N-Pr PProDOP(150次循环)，(c)N-Oct PProDOP(150次循环)，(d)N-Gly PProDOP(50次循环)。图8.N-烷基PProDOP薄膜在0.1M LiClO4/PC不含单体的溶液中的循环伏安图(A)N-Me PProDOP，(B)N-Pr PProDOP，(C)N-Oct PProDOP，(D)N-GlyPProDOP，扫描速度为(a)50mV/s，(b)100mV/s，(c)150mV/s，(d)200mV/s。图9.对0.1M LiClO4/PC不含单体的溶液中的N-Pr PProDOP薄膜，峰电流和峰间隔的扫描速度依赖性(A)阳极和阴极峰电流随扫描速度的变化，(B)峰间隔(ΔEp)与扫描速度的关系。图10.N-烷基PProDOPs在0.1M LiClO4/PC中的与Fc/Fc+的光谱电化学关系(A)N-Me PProDOP，载荷子(a)-500mV，(b)-400mV，(c)-300mV，(d)-275mV，(e)-250mV，(f)-230mV，(g)-200mV，(h)-160mV，(i)-120mV，(j)-75mV，(k)0mV，(l)+100mV，(m)+300mV，(n)+500mV，(o)+700mV；(B)N-Pr PProDOP，载荷子(a)-400mV，(b)-300mV，(c)-200mV，(d)-150mV，(e)-100mV，(f)-80mV，(g)-60mV，(h)-40mV，(i)-20mV，(j)0mV，(k)+50mV，(l)+100mV，(m)+200mV，(n)+400mV，(o)+600m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电致变色聚合物，包含结构式Ⅰ、结构式Ⅱ、或两者结合所表示的化合物＊＊＊其特征在于，Ｘ、Ｙ和Ｚ可以相同，也可以不同，选自Ｓ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ（Ｒ↓［８］）↓［２］，Ｎ－Ｒ↓［７］或Ｐ－Ｒ↓［７］基团；Ａ↓［１］，Ａ↓［ ２］和Ａ↓［３］可以相同，也可以不同，选自Ｓ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ（Ｒ↓［８］）↓［２］，Ｎ－Ｒ↓［７］或Ｐ－Ｒ↓［７］基团；ｍ为０，１，２，３，４，５，６，７，８，９或１０；Ｒ↓［１］到Ｒ↓［６］和Ｒ↓［８］可以不存在、相同或不同 ，可以是一个选自一或两个键，Ｈ，烷基，ＣＮ，ＯＨ，ＣＯＯＨ，ＳＯＲ↓［７］，ＳＯ↓［２］Ｒ↓［７］，ＳＯ↓［３］Ｒ↓［７］，杂烷基，链烯基，炔基，炔基－芳基，炔基－杂芳基，芳基，烷基－芳基，链烯基－芳基，杂芳基，烷基－杂芳基，链烯基－杂芳基，环烷基，杂环烷基，烷基－杂环烷基，烷基－环烷基中的一个基团，－＊Ｈ，－ＣＯ↓［２］Ｒ↓［７］和－＊Ｎ（Ｒ↓［７］）↓［２］；Ｒ↓［７］是一个选自Ｈ，烷基芳基，ＣＯＯＨ，杂烷基，链烯基，炔基，炔基－芳基，炔基－杂芳基，芳基， 烷基－芳基，链烯基－芳基，杂芳基，烷基－杂芳基，链烯基－杂芳基，环烷基，杂环烷基，烷基－杂环烷基，烷基－环烷基中的一个基团；ｎ至少约３，Ｒ↓［１］到Ｒ↓［８］的任何一个，都或可以被一个基团取代，这个基团选自由烷基，芳基，卤素，ＯＨ， ＮＨ↓［２］，ＣＮ，ＮＯ↓［２］，ＣＯＯＨ或ＳＯＲ↓［７］，ＳＯ↓［２］Ｒ↓［７］或ＳＯ↓［３］Ｒ↓［７］。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR雷诺兹，K宗，I施温德曼，G松梅兹，P肖特兰德，AA阿冈，PH奥伯特，
申请(专利权)人：佛罗里达州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]