一种快速响应电致变色器件的制备方法技术

一种快速响应电致变色器件的制备方法，通过电化学工作站和紫外分光光度计表征了基于TiO

A preparation method of fast response electrochromic device

A preparation method of fast response electrochromic device, characterized by electrochemical workstation and UV spectrophotometer based on TiO

【技术实现步骤摘要】
一种快速响应电致变色器件的制备方法
本专利技术涉及一种电致变色器件的制备方法，尤其是一种基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件的制备方法。
技术介绍
电致变色作为一种电场刺激变色现象，是指在施加一定的电压作用下，材料发生氧化还原反应，导致其光学吸收率、透射率或反射率的变化，而外观上体现为颜色发生可逆的变化。由于这一特殊的性质，电致变色材料及器件在显示器、电子纸、智能窗、军事伪装方面具有广泛的应用前景。典型的电致变色器件是由五层构成：导电电极-电致变色层-电解质层-离子储存层-导电电极。其中，电致变色层是器件的核心，决定着器件的颜色变化、光学对比度、响应速度等。而离子储存层多数起到储存与电致变色变色层掺杂离子相反离子的作用。离子储存层材料可以选用着色和褪色状态均均透明的材料|(如二氧化钛、五氧化二钒，氧化镍，氧化铈等)，也可使用与电致变色层具有互补颜色变化的电致变色材料(如普鲁士蓝，聚苯胺，PEDOT等)。通常电致变色器件中电致变色层与离子储存层的颜色匹配性、变色电压匹配性、电荷容量匹配性与否对整个器件的性能有很大的影响。颜色的匹配程度直接决定了器件的外观表现，而电致变色电压的匹配性则决定了器件的可行性，另外电荷容量的匹配性则决定了器件的使用寿命和稳定性。若采用具有电致变色性能的离子储存层材料，当对器件施加电压时，电致变色层和离子储存层均会发生不同的颜色变化，要想同时实现器件电致变色层与离子储存层之间颜色的匹配和电荷的匹配难度较大，难以获得综合性能优异的电致变色器件。因此寻找着褪色具有高度透过率且具有优秀离子储存能力的离子储存层，对于制备综合性能优异的电致变色器件显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于解决电致变色器件电致变色层材料与离子储存层材料的颜色匹配性问题，将着褪色高透过率的TiO2纳米线作为离子储存层，组装具有高对比度、快速响应、优秀循环稳定性的电致变色器件，并提供一种基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种快速响应电致变色器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)在三电极体系中，以二联噻吩三苯胺TBTPA为单体，以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为支持电解质，以有机溶剂为电解液，在参比电极、辅助电极、工作电极三电极下，在室温下采用恒电位电解法进行电化学聚合得到聚合物PTBTPA薄膜，采用色谱级乙腈清洗并烘干；2)以钛酸四丁酯为溶剂，以浓盐酸和去离子水的混合溶液为溶剂，配成原溶液；导电玻璃为基板，导电面朝下放置在反应釜的聚四氟乙烯内衬中，倒入原溶液使其没过导电玻璃，。放入高温烘箱内进行水热反应。降温后用去离子水清洗表面放入烘箱，将其烘干处理后放入马弗炉中高温热处理，得到TiO2纳米线；3)将增塑剂与高分子混合放入烘箱中加热溶胀直至两种材料互溶成均一稳定的溶液状态，再将支持电解质和有机溶剂加入前者的混合溶液中，超声溶解直至混合均匀。将所得的溶液旋蒸成凝胶状，最终得到电解质；4)3M胶剪成正方形框，贴在覆盖有TiO2纳米棒线的电极上；灌上电解质使其平铺满整个3M胶框；将PTBTPA薄膜覆盖的电极面对面紧密贴合；放入烘箱烘干得到以TiO2纳米线为离子储存层的电致变色器件；5)基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件电化学性能和电致变色性质的表征。进一步，所述步骤1)的有机溶剂为色谱级二氯甲烷，工作电极为ITO(氧化铟锡)玻璃，辅助电极为表面光滑的铂电极/钛电极，参比电极为Ag/AgCl电极。再进一步，所述步骤1)中，TBTPA单体溶液的溶度为0.5～2mmol/L，空白溶液1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在色谱级二氯甲烷的溶度为0.05～0.2mol/L。更进一步，所述步骤1)中，采用恒电位电解法，聚合电压为1.1～1.4V，聚合电量为0.02～0.1C；聚合结束后，在-0.2～-0.6V电压下脱掺杂，脱掺杂时间为60～100s，将得到的PTBTPA聚合物薄膜放入色谱级乙腈溶液中洗涤后，放入烘箱60～80℃烘干。所述步骤2)中的导电玻璃基板为FTO(氟掺杂的SnO2)玻璃，这是由于该反应条件为强酸环境，且后续的处理环境为大于200℃的高温，该导电玻璃较于ITO(氧化铟锡)玻璃抗强酸强碱耐高温。所述步骤2)中，水热反应的温度为150～200℃，反应时间为1～8h；水热反应结束后对负载TiO2纳米线的FTO玻璃进行简单的清洗，洗涤溶液为去离子水，放入60℃烘箱烘干；之后在350℃马弗炉中的进行热处理，马弗炉的升温速度为10℃/min，处理时间为20～40min。所述步骤3)中的增塑剂为碳酸丙二醇酯或碳酸乙二醇酯；高分子为聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷和聚偏氟乙烯；支持电解质为锂盐和离子液体；有机溶剂为色谱级二氯甲烷或乙腈，高分子、增塑剂、电解质与有机溶剂的比例为70：20：7：3或者70:20:2:5。所述步骤4)中的器件烘烤温度为40～80℃，时间为24～72h。所述步骤5)中，通过电化学工作站与紫外分光光度仪联用装置，表征基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件在不同电压下吸收光谱、不同波段下透过率变化情况。采用两个不同电压不同介越时间对该器件进行不同波段下对比度、响应时间的表征。所述步骤5)中，所述的不同电压下紫外吸收光谱测试的电压范围为0-2.3V，优选为0V/0.2V/0.4V/0.6V/0.8V/1.0V/1.2V/1.4V/1.6V/1.8V/2.0V/2.3V。所述步骤5)中，所述的不同电压不用阶跃时间的情况如下：施加负向电压为-2.3～-1.8V，阶跃时间为10～20s；正向电压为1.5～2.3V，阶跃时间为15～40s。通过电化学工作站和紫外分光光度计表征了基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件，该器件在不同电压下可实现从透明黄到蓝色之间可逆变化，在1100nm处的光学对比度为66％，670nm处的光学对比度为49％，并且具有快速的响应时间和优秀的稳定性。本专利技术的有益效果在于：制备了新型的TiO2纳米线离子储存层，其在氧化还原过程中始终保持高透过率，且具有优异的离子储存能力；基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件表现出优异的综合性能，在智能窗、显示器等领域具有潜在的应用前景。附图说明图1是实施例1，2，3TiO2纳米线(3h)在不同电压下的透过率曲线。图2是实施例1，2，3TiO2纳米线(3h，6h)循环伏安曲线。图3是实施例1通过测试不同电压下670nm波段下的透过率变化曲线。图4是实施例2通过测试不同电压下670nm波段下的透过率变化曲线。图5是实施例3通过测试不同电压下670nm波段下的透过率变化曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。实施例1参照图1～图3，一种快速响应电致变色器件的制备方法，包括以下步骤：1)在三电极体系中，以二联噻吩三苯胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n1)在三电极体系中，以二联噻吩三苯胺TBTPA为单体，以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为支持电解质，以有机溶剂为电解液，在参比电极、辅助电极、工作电极三电极下，在室温下采用恒电位电解法进行电化学聚合得到聚合物PTBTPA薄膜，采用色谱级乙腈清洗并烘干；/n2)以钛酸四丁酯为溶剂，以浓盐酸和去离子水的混合溶液为溶剂，配成原溶液；导电玻璃为基板，导电面朝下放置在反应釜的聚四氟乙烯内衬中，倒入原溶液使其没过导电玻璃，放入高温烘箱内进行水热反应，降温后用去离子水清洗表面放入烘箱，将其烘干处理后放入马弗炉中高温热处理，得到TiO

【技术特征摘要】
1.一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)在三电极体系中，以二联噻吩三苯胺TBTPA为单体，以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为支持电解质，以有机溶剂为电解液，在参比电极、辅助电极、工作电极三电极下，在室温下采用恒电位电解法进行电化学聚合得到聚合物PTBTPA薄膜，采用色谱级乙腈清洗并烘干；
2)以钛酸四丁酯为溶剂，以浓盐酸和去离子水的混合溶液为溶剂，配成原溶液；导电玻璃为基板，导电面朝下放置在反应釜的聚四氟乙烯内衬中，倒入原溶液使其没过导电玻璃，放入高温烘箱内进行水热反应，降温后用去离子水清洗表面放入烘箱，将其烘干处理后放入马弗炉中高温热处理，得到TiO2纳米线；
3)将增塑剂与高分子混合放入烘箱中加热溶胀直至两种材料互溶成均一稳定的溶液状态，再将支持电解质和有机溶剂加入前者的混合溶液中，超声溶解直至混合均匀，将所得的溶液旋蒸成凝胶状，最终得到电解质；
4)3M胶剪成正方形框，贴在覆盖有TiO2纳米棒线的电极上；灌上电解质使其平铺满整个3M胶框；将PTBTPA薄膜覆盖的电极面对面紧密贴合；放入烘箱烘干得到以TiO2纳米线为离子储存层的电致变色器件；
5)基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件电化学性能和电致变色性质的表征。


2.如权利要求1所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤1)的有机溶剂为色谱级二氯甲烷，工作电极为ITO玻璃，辅助电极为表面光滑的铂电极/钛电极，参比电极为Ag/AgCl电极。


3.如权利要求1或2所述的一种快速响应电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，TBTPA单体溶液的溶度为0.5～2mmol/L，空白溶液1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在色谱级二氯甲烷的溶度为0.05～0.2mol/L。


4.如权利要求1或2所述的快速响应基于TiO2纳米线离子储存层的电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，采用恒电位电解法，聚合电压为1.1～1.4V，聚合电量为0.02～0.1C；聚合结束后，在-0.2～-0.6V电压下脱掺杂，脱掺杂时间为60～100...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓静，徐欣佳，张诚，钱亮，查丽霞，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