一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法技术

本发明专利技术公开了一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法。所述的电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3‑甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸薄膜。本发明专利技术所制备的电致变色器件与现有的电致变色器件相比，具有可逆的颜色变化、高对比度、较快的响应时间、功耗低等优点。其可显示从红色到蓝色的颜色变化，光学对比度可达31.1％，响应时间为0.94s，在显示器件领域(如手机后壳、电子标签、电子纸)具有很好的应用前景。

A High Color Contrast Electrochromic Device and Its Assembly Method

【技术实现步骤摘要】
一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法(一)
本专利技术属于电致变色材料
，特别是涉及一种高颜色对比度的电致变色器件及其组装方法。(二)
技术介绍
电致变色器件是一种在外加电压的作用下能够发生可逆的、持久的光学性质变化的器件，具体包括颜色、透过率和对比度的可逆变化。电致变色器件通常由五层结构组成，分别是电致变色层、离子储存层、电解质层和两层透明导电层。其中，透明导电层是电子导电体，外界电源通过它们为器件施加变色时所需的电压；电解质层在整个器件中起到为正负极提供离子传输通道的作用，同时还可以隔离正负极材料，防止器件出现短路现象；电致变色层主要体现在材料颜色的变化，在充放电过程中呈现着色和褪色的效果，同时，离子存储层为电致变色层提供和储存变色所需的离子，它们是离子和电子的混合导体，除此之外，在颜色变化上，离子储存层通常使用与电致变色层颜色相匹配的材料，将这样两种性质的材料组装在一个器件中能很好地实现它们的协同变色作用，即正负极材料着色互相叠加。电致变色层由电致变色材料进行制备，电致变色材料可分为无机电致变色材料和有机电致变色材料，早期的电致变色材料多为无机电致变色材料，例如WO3、TiO2和V2O5等，无机电致变色材料具有较好的稳定性和对比度，但颜色单一且响应速度慢；有机电致变色材料(包括有机小分子和导电聚合物)，其结构种类多且易修饰，加工性能好，响应速度快等优点，得到了广泛的关注和研究，成为新一代电致变色显示材料的重要发展方向。聚噻吩及其衍生物，由于其在掺杂与脱掺杂时具有良好的环境稳定性及结构的多样性，而成为研究最多的电致变色材料体系。由于聚3-甲基噻吩结构简单，响应速度快以及颜色变化明显(红色到蓝色的转换)等优点，得到了广泛的关注和研究。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)是一种水溶性的高分子聚合物，导电率很高，通常作为电极或界面层材料应用于有机光伏、电致发光、电致变色器件。此外，PEDOT:PSS在负电压具有优异的氧化还原特性，具有优异的阳离子储存能力，且可实现从透明到蓝色的颜色变化。因此，PEDOT：PSS的电压或是颜色都与聚3-甲基噻吩有较好的匹配性，将其作为器件的离子储存层，有望获得高颜色对比度的电致变色器件。本专利技术涉及的电致变色器件具有制备过程简便、价格低廉、颜色对比度高、响应时间短、功耗低等优点，在显示器件领域(如手机后壳、电子标签、电子纸)具有很好的应用前景。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高颜色对比电致变色器件及其组装方法。下面对本专利技术的技术方案做具体说明：一种电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3-甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜；进一步，所述的基底I和基底II各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯(PET)、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)，优选为玻璃。进一步，所述的透明导电层I和透明导电层II各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡、导电银纳米线或导电PET薄膜，优选为氧化铟锡。进一步，所述的电解质层按照如下方法进行制备：将聚合物基体和增塑剂放入烘箱中加热溶胀直至均一稳定的溶液状态，再加入电解质溶液，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成除去部分溶剂，最终得到聚合物凝胶电解质；所述的聚合物基体、增塑剂、电解质的质量比为1：5：0.1～1。再进一步，所述的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈，优选为PMMA；再进一步，所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯，优选碳酸丙烯酯。再进一步，所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。进一步，所述的电致变色层的制备方法为：将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L。再进一步，所述的支持电解质为常用四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，优选为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)。再进一步，所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷或碳酸丙烯酯，优选电解溶剂为乙腈。再进一步，所述的参比电极是银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极，优选为银-氯化银电极；所述的对电极为铂、钛或不锈钢，优选为铂。进一步，所述的离子储存层按照如下方法进行制备：将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜，在40～80℃干燥下干燥6～12h，即在所述的导电基底II上得到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层；所述的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸与去离子水的质量比为1：1～3。进一步，所述的刮涂法中，刮刀的厚度为20～120μm。所述的电致变色器件的组装方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：(1)将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜，在40～80℃干燥下干燥6～12h，即在所述的导电基底II上得到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸离子储存层；所述的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸与去离子水的质量比为1：1～3；(2)将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底I上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L；所述的支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高颜色对比度的电致变色器件，其特征在于：所述的电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3‑甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸薄膜；

【技术特征摘要】
1.一种高颜色对比度的电致变色器件，其特征在于：所述的电致变色器件结构从上到下依次由导电基底I、电致变色层、电解质层、离子储存层及导电基底II构成；所述的导电基底I由基底I和透明导电层I构成；所述的导电基底II由基底II和透明导电层II构成；所述的电致变色层为式(A)所示的聚3-甲基噻吩薄膜；所述的电解质层为聚合物凝胶电解质；所述的离子储存层为式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸薄膜；2.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的基底I和基底II各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷。3.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的透明导电层I和透明导电层II各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡、导电银纳米线或导电PET薄膜。4.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的电解质层按照如下方法进行制备：将聚合物基体和增塑剂放入烘箱中加热溶胀直至均一稳定的溶液状态，再加入电解质溶液，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成除去部分溶剂，最终得到聚合物凝胶电解质；所述的聚合物基体、增塑剂、电解质的质量比为1：5：0.1～1。5.如权利要求4所述的电致变色器件，其特征在于：所述的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈。6.如权利要求4所述的电致变色器件，其特征在于：所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯；所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。7.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的电致变色层的制备方法为：将3-甲基噻吩单体、支持电解质及电解溶剂组成电解液，加入到三电极电解池中，所述的三电极由导电基底I、参比电极及对电极构成，采用恒电位法，在1.8～2.2V电压，聚合电量为0.2C～0.6C下在导电基底I上电沉积得到聚合物薄膜，经清洗、干燥后，即在所述的导电基底上得到电致变色层；所述的支持电解质的浓度为10-2～1mol/L；所述的3-甲基噻吩单体的初始终浓度为10-3～10-1mol/L。8.如权利要求7所述的电致变色器件，其特征在于：所述的支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基六氟磷酸铵、高氯酸钾、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；所述的电解溶剂为乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷或碳酸丙烯酯；所述的参比电极是银-银离子电极、银-氯化银电极或饱和甘汞电极；所述的对电极为铂、钛或不锈钢。9.如权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述的离子储存层按照如下方法进行制备：将式(B)所示的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和去离子水充分研磨至无固体颗粒，采用刮涂法在导电基底II上进行刮涂得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓静，查丽霞，张诚，钱亮，徐欣佳，毕茜，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33