电致变色元件、装置、制品及其制造和使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电致变色元件、装置和包含其的制品及其制造方法。该电致变色装置包括：电致变色纱、离子储存纱和电源，所述电致变色纱包含第一柔性导电纱和涂布于所述第一柔性导电纱的表层上的电致变色层，所述离子储存纱包含第二柔性导电纱和涂布于所述第二柔性导电纱的表层上的离子储存层，并且所述第一柔性导电纱与所述电源的负极电连接，所述第二柔性导电纱与所述电源的正极电连接。该电致变色装置能实现较清晰的显色效果，且使电致变色材料具有良好的牢度，具有特别的实用性。本发明专利技术还公开了制备电致变色纱和离子储存纱的方法，该方法操作简易，易实现工业化批量生产，在变色纺织品及其它变色领域应用潜力广泛。

【技术实现步骤摘要】
电致变色元件、装置、制品及其制造和使用方法
本专利技术属于纺织电致变色
，特别地涉及电致变色装置及其制造和使用方法。
技术介绍
在二十一世纪，可穿戴式装置已经变成了人们生活中不可或缺的一部分。穿戴式装置的成功，间接推动了智能衣物的需求。随着追踪生命迹象的智能衣物的出现，有更多的机构开始着手研究更多智能衣物的应用。其中，最为火热的是智能衣物显示器。因此，近几年，大量的研究都集中在纤维状器件与材料及其在织物上的应用，越来越多的产品与科技成果被集成在服装上，这都使得产品的使用更加贴近生活并且更加方便。目前的电致变色纺织物工艺日趋成熟，把纤维状器件做到柔性和电致变色已经不成问题。但是，在现有的技术中，用于纤维状器件的电致变色层，主要是由一层较厚的有机聚合物组成，而且该变色层不是位于衣物/织物的表层。在应用到纺织物时，不但会影响到智能纺织物的外观和舒适性，而且会令纺织物的造型有所限制。另一方面，现有涂布在纺织物上的电致变色层的制备方法仅限于溶胶-凝胶、喷墨印刷和转移印花等方法，这导致生产电致变色纺织品过程中的步骤繁琐，不利于批量生产。
技术实现思路
不同于现有技术，本申请采用的一种新颖的电致变色纱线结构，例如，采用无机电致变色材料涂覆(涂层)的导电纱与表面上涂布了离子储存层的离子储存纱(作为反电极)的组合。此外，与上述现有技术的电致变色层不同，本申请没有采用本领域中目前通常使用的制备方法以及有机电致变色材料涂层，而是采用了还未被纺织电致变色
使用的电镀工艺。该工艺直接把无机电致变色材料(如金属氧化物和/或合金氧化物)电镀在导电纱上。电镀是一个低成本和快速的过程，所形成的电致变色材料层的厚度相对于有机电致变色材料较薄。而且，由于电致变色材料通过电镀直接涂布在导电纱的表层上，所以在应用到纺织物时，能实现较清晰的显色效果。同时，可以保持导电纱原有的柔性及形态结构，并且所获得的电致变色层具有良好的牢度。另外，与现有技术的电致变色装置不同，本申请公开的装置的变色层/电致变色(材料)层能够位于单个纱的外层表层上(装置的离子储存(材料)层也可以位于单个纱的外层表层上)，该装置的离子储存层可以吸收外来环境中的氢、锂或钠离子并加以保存，且通过改变电压极性向电致变色层释放出已吸收的离子，从而发生电致变色。因此，可将单个电致变色纱和离子储存纱嵌入一般织物上以编织不同图案。电致变色纱并且因此所编织的图案在低电压偏置下因外部离子而变色。本申请的电致变色装置能够在低电压下工作，为低能耗且舒适、安全的电致变色装置。本申请公开了制造电致变色元件的方法、制造电致变色装置的方法、包含电致变色元件或装置的制品。根据本申请的第一方面，公开了一种用于制造电致变色元件的方法，包括下列步骤：提供柔性导电纱，所述柔性导电纱包括第一柔性导电纱和第二柔性导电纱；以及以电镀工艺在第一柔性导电纱和第二柔性导电纱上分别涂布电致变色层和离子储存层，以分别制备电致变色纱和离子储存纱，从而获得包括电致变色纱和离子储存纱的电致变色元件。优选地，电镀工艺包括如下步骤：提供金属粉末、氧化剂和分散溶剂的混合物并使其反应，以获得电镀液；将第一柔性导电纱和第二柔性导电纱浸入电镀液进行电镀；取出第一柔性导电纱和第二柔性导电纱，去除多余的电镀液，并任选地进行干燥；以及对所述第一柔性导电纱和第二柔性导电纱进行退火。优选地，所述方法还包括将催化剂添加到所述混合物中。优选地，用于制备所述电致变色纱或所述离子储存纱的金属粉末选自：钛、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钴、铑、锇、铪、镍或其任何组合。优选地，采用三电极电镀系统进行电镀。优选地，电镀在室温下进行，持续1-15分钟。优选地，退火时间为15-90分钟，并且温度为60-100℃。优选地，柔性导电纱包括由金属制造的柔性导电纱。优选地，柔性导电纱包括由导电材料赋予导电性的柔性非导电有机聚合物。优选地，所述柔性非导电有机聚合物包括尼龙、涤纶、氨纶、纤维或前述的任何组合。根据本申请的第二方面，公开了一种制造电致变色装置的方法，所述方法包括：根据本专利技术上述第一方面的任一实施方案所述的方法制造包括电致变色纱和离子储存纱的电致变色元件；提供电源；以及将电源与第一柔性导电纱和第二第一柔性导电纱电连接。优选地，将电源的正极与第二柔性导电纱电连接，并且将电源的负极与第一柔性导电纱电连接。根据本申请的第三个方面，公开了一种电致变色装置，包括：电致变色纱、离子储存纱和电源，所述电致变色纱包含第一柔性导电纱和涂布于所述第一柔性导电纱的表层上的电致变色层，所述离子储存纱包含第二柔性导电纱和涂布于所述第二柔性导电纱的表层上的离子储存层，并且所述第一柔性导电纱与电源的负极电连接，所述第二柔性导电纱与电源的正极电连接。优选地，所述电致变色纱和离子储存纱根据本专利技术上述第一方面的任一实施例所述的方法制造。优选地，所述电致变色装置在低电压下工作。优选地，所述低电压为-0.8V至+0.8V。优选地，所述第一柔性导电纱和/或所述第二柔性导电纱由金属制成。优选地，所述第一柔性导电纱和/或所述第二柔性导电纱包括由导电材料赋予导电性的柔性非导电有机聚合物。优选地，所述柔性非导电有机聚合物包括尼龙、涤纶、氨纶、纤维或前述的任何组合。优选地，所述电致变色层包括无机金属氧化物或合金氧化物或其组合。优选地，所述离子储存层包括无机金属氧化物或合金氧化物或其组合。优选地，所述电致变色装置在带有氢、锂和/或钠离子的外部环境下发生电致变色。根据本专利技术的第四方面，公开了一种包括根据本专利技术上述第一方面的任一实施方案的方法制造的电致变色元件或根据本专利技术上述第二方面的任一实施方案的方法制造的电致变色装置或根据本专利技术上述第三方面的任一实施方案所述的电致变色装置的制品。优选地，所述制品为纺织类产品。优选地，所述电致变色纱和所述离子储存纱被嵌入纺织类产品的织物上以形成编织图案。优选地，所述电致变色纱被嵌入在织物外侧而所述离子储存纱被嵌入在织物内侧，使得在所述纺织类产品被用户穿戴时，电致变色元件的变色能从外部观察到。优选地，所述制品用于指示外部环境存在氢、锂和/或钠离子的指示器。根据本申请的第五方面，公开了使用根据本申请第四方面的任一实施方案所述的制品的方法，包括以下步骤：主动地或被动地使所述制品与包含氢、锂和/或钠离子的外部液体环境接触，所述离子储存纱上的离子储存层在存在电压的情况下吸收外部液体环境中的氢、锂和/或钠离子；以及改变所施加的电压的极性，以使离子储存层向所述电致变色层释放吸收的离子以发生电致变色。该装置可以实现多次循环变色，并具有特别的实用性，且制备方法操作简易，易实现工业化批量生产，在变色纺织品及其它变色领域应用潜力广泛。附图说明为了更清楚地说明本专利技术，下面将结合附图对本专利技术进行更详细的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅示意了本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方案，而不偏离本专利技术的精神，其中：图1为根据本申请实施例的电致变色装置的示意图。图2为在根据本申请实施例中所使用的三电极电镀系统的示意图。图3为根据本申请实施例的示意性电镀流程图。图4是根据本申请一个实施方案的示出改变电压极性前后的变化结果的示意图。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造电致变色元件的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：提供柔性导电纱，所述柔性导电纱包括第一柔性导电纱和第二柔性导电纱；以及以电镀工艺在第一柔性导电纱和第二柔性导电纱上分别涂布电致变色层和离子储存层，以分别制备电致变色纱和离子储存纱，从而获得包括电致变色纱和离子储存纱的电致变色元件。

【技术特征摘要】
1.一种用于制造电致变色元件的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：提供柔性导电纱，所述柔性导电纱包括第一柔性导电纱和第二柔性导电纱；以及以电镀工艺在第一柔性导电纱和第二柔性导电纱上分别涂布电致变色层和离子储存层，以分别制备电致变色纱和离子储存纱，从而获得包括电致变色纱和离子储存纱的电致变色元件。2.根据权利要求1所述的方法，所述电镀工艺包括如下步骤：提供金属粉末、氧化剂和分散溶剂的混合物并使其反应，以获得电镀液；将所述第一柔性导电纱和所述第二柔性导电纱浸入所述电镀液进行电镀；取出所述第一柔性导电纱和所述第二柔性导电纱，去除多余的电镀液，并任选地进行干燥；以及对所述第一柔性导电纱和所述第二柔性导电纱进行退火。3.根据权利要求2所述的方法，还包括将催化剂添加到所述混合物中。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，用于制备所述电致变色纱或所述离子储存纱的所述金属粉末选自：钛、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钴、铑、锇、铪、镍或其任何组合。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，采用三电极电镀系统进行电镀。6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，电镀在室温下进行，持续1-15分钟。7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，退火时间为15-90分钟，并且温度为60-100℃。8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述柔性导电纱包括由金属制造的柔性导电纱。9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述柔性导电纱包括由导电材料赋予导电性的柔性非导电有机聚合物。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述柔性非导电有机聚合物包括尼龙、涤纶、氨纶、纤维或前述的任何组合。11.一种制造电致变色装置的方法，其特征在于，所述方法包括：根据权利要求1-10中任一项所述的方法制造包括电致变色纱和离子储存纱的电致变色元件；提供电源；以及将电源与第一柔性导电纱和第二柔性导电纱电连接。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将电源的正极与第二柔性导电纱电连接，并且将电源的负极与第一柔性导电纱电连接。13.一种电致变色装置，其特征在于，包括：电致变色纱、离子储存纱和电源，所述电致变色纱包含第一柔性导电纱和涂布于所述第一柔性导电纱的表层上的电致变色层，所述离子储存纱包含第二柔性导电纱和涂布于所述第二柔性导电纱的表层上的离子储存层，并且所述第一柔性导电纱与所述电源的负极电连接，所述第二柔性导...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛仪文，姚磊，许扬羽，黄鑫鑫，许裕杰，陈昕，黎子滔，
申请(专利权)人：香港纺织及成衣研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81