一种用于红外伪装的长程电致变色纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于红外伪装的长程电致变色纤维及其制备方法，包括：在金属纤维表面依次涂覆氧化铟锡分散液、电解质溶液和电致变色材料，然后在电致变色层外侧制备对电极和聚合物保护层，即得长程电致变色纤维。本发明专利技术制备得到的长程电致变色纤维可实现红外发射率的可控调节，并且可以连续制备百米以上，在红外伪装、可穿戴显示等领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于红外伪装的长程电致变色纤维及其制备方法
本专利技术属于电致变色器件及其制备领域，特别涉及一种用于红外伪装的长程电致变色纤维及其制备方法。
技术介绍
纤维，作为服装和织物的基本构筑单元，已经与现代社会有着密不可分的联系。纤维颜色作为其最重要的功能之一，在人们的日常生活中有着广泛的应用。近年来，颜色可控变化的智能织物因其在可穿戴显示、视觉传感和自适应伪装等领域的应用前景而受到广泛关注。然而，由于传统染料的被动光学特性，现有商用纤维的颜色不能按需改变。因此，迫切需要颜色可控变化的纤维来实现各种智能应用。目前已报道了多种可根据不同刺激源而发生颜色变化的智能变色纤维，包括电致变色纤维、光致变色纤维、磁致变色纤维、热致变色纤维等。但在不同种类的变色纤维中，通过电来控制纤维颜色变化无疑是一种最为便捷易控的驱动手段。并且电致变色材料具有颜色变化丰富，响应时间快，稳定性好等优点。电致变色纤维应用于可穿戴领域，更是有效解决了二维器件与服装不贴合、透气性差、无法大面积服用集成等缺点。尽管目前在电致变色纤维方面已有研究，但仍存在许多缺陷和困难，制约了电致变色纤维的实际应用。首先，由于电致变色器件结构复杂，连续加工技术不成熟，导致电致变色纤维制备长度有限，无法满足应用要求。其次，在长距离电致变色纤维中，由于长距离的传输/扩散路径，很难实现足够快的电子传输/离子扩散以保证颜色变化的均匀性。第三，对电致变色纤维中的电解质和其他活性层缺乏有效的保护。因此，电致变色纤维直接暴露在空气中会产生不良的环境稳定性，不利于长期的实际使用。最后，必须对制备方法进行适当的推广，以构建基于不同电致变色材料的各种电致变色纤维，使其具有丰富的颜色变化。电致变色器件在汽车后视镜、智能变色窗、电致变色显示器等领域的应用得到了广泛的研究，部分已经进行商业化生产。但这些研究主要集中在电致变色器件对可见光和近红外波段的调节。一些电致变色材料还具有在中红外光谱范围内调制光的能力，因此可用于红外伪装、热管理等领域。红外电致变色材料主要有氧化钨、导电聚合物(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯胺、聚吡咯)等。与过渡金属氧化物相比，导电聚合物具有重量轻、柔韧性好、红外调制范围大、反应时间快、制备工艺简单等优点，更适合实际应用。通过制备可红外调控的电致变色纤维，采用编织或植入的方式将电致变色纤维与服装或织物进行集成，可简单有效的实现服装的红外调控，在自适应红外伪装领域有着重要的应用前景。因此，采用可红外调节的电致变色材料制备长程电致变色纤维迫在眉睫。中国专利技术专利CN101833211A公开了一种智能调光玻璃，这种电致变色玻璃采用硫化锌-银-硫化锌、锡铟氧化物、掺氟的氧化锡或掺铝的氧化锌作为导电层，使其具有红外反射功能。但是这种智能调光玻璃并不能动态调控红外发射率，主要是调节可见光范围内颜色变化，并且玻璃器件也并不适合服用。本专利技术制备的用于红外伪装的长程电致变色纤维，不仅克服了电致变色纤维因结构复杂而难以长程制备的困难，而且通过纤维结构设计和材料选择实现了对红外波段的可控调节。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于红外伪装的长程电致变色纤维及其制备方法，克服现有技术电致变色纤维因结构复杂而难以长程制备的缺陷，本专利技术中通过电致变色材料颜色变化实现红外发射率的可控调节。此外，通过定制组装的连续化生产设备实现电致变色纤维的长程制备。本专利技术的一种电致变色纤维，其特征在于，所述纤维由内到外依次包括：金属纤维内电极、ITO层、电解质层、电致变色层、对电极、聚合物保护层。所述电解质层材料组分包括：高氯酸锂LiClO4、有机溶剂、离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP；其中有机溶剂和离子液体的体积比为9:1～2:3；有机溶剂与PVDF-HFP的质量比为1:0.5～1:1.5。所述电致变色材料为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)PEDOT、聚苯胺PANI、多层石墨烯中的一种或几种。所述对电极为涂有ITO的金属纤维；对电极为螺旋对电极结构和/或平行对电极结构；螺旋对电极可分为单根螺旋电极和多根螺旋电极，平行对电极可分为单根平行电极和多根平行电极；其中对电极中ITO涂层的厚度为4-15μm。所述电解质层的厚度为60～180μm，聚合物保护层的厚度为0.1～0.3mm。所述ITO层的厚度为4-15μm。本专利技术对电致变色纤维施加的着色电压范围为-2.0～-0.9V，施加的褪色电压范围为0.9～2.0V。本专利技术的一种电致变色纤维的制备方法，包括：(1)将金属纤维表面涂覆氧化铟锡ITO分散液，加热烘干，然后涂覆电解质溶液，加热固化后，在表面涂覆电致变色材料，加热烘干；(2)在电致变色层的外侧包覆聚合物保护层并将对电极包覆在电致变色层与聚合物保护层之间，即得电致变色纤维。上述制备方法的优选方式如下：所述步骤(1)中电解质溶液具体为：将高氯酸锂LiClO4溶解于有机溶剂和离子液体混合溶液中，加入聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP，搅拌均匀，得到电解质溶液；其中有机溶剂和离子液体的体积比为9:1～2:3；有机溶剂与PVDF-HFP的质量比为1:0.5～1:1.5。所述有机溶剂为碳酸丙烯酯PC、N-甲基吡咯烷酮NMP、N，N-二甲基甲酰胺DMF中的一种或几种；离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMIm][BF4]、1-乙基-3甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐[EMIm][TFSI]或1-丁基-1-甲基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐[BMPyr][TFSI]。步骤(1)中通过动力传送装置牵引金属纤维，各层溶液依次通过溶液槽涂覆在金属纤维表面，通过加热装置进行加热固化；其中纤维传送速度为1～5m/min；溶液槽的孔径为0.4～1mm；加热温度均为90～140℃。步骤(2)中将对电极平行或螺旋缠绕在步骤(1)制备的纤维表面，并一起通过挤出机，在其外层制备聚合物保护层。本专利技术的一种制备电致变色纤维的装置，包括纤维动力传送装置，溶液涂覆模具(溶液槽)，加热装置，第一收集装置，对电极导入装置，挤出机，冷却装置，第二收集装置；其中通过动力传送装置，使金属纤维依次通过溶液槽和加热装置，并通过第一收集装置进行收集，然后依次通过电极导入装置放置对电极，通过挤出机包覆聚合物保护层。所述电极导入装置的作用是将对电极以平行或螺旋的形式缠绕在纤维表面。本专利技术提供的一种所述电致变色纤维的应用，如红外伪装、可穿戴显示等领域。本专利技术通过电致变色材料颜色变化实现对红外发射率的可控调节。纤维制备采用金属纤维作为导电电极，通过定制组装连续化构筑设备，在金属纤维表面依次涂覆氧化铟锡分散液、电解质溶液和电致变色材料，然后在电致变色层外侧制备对电极和聚合物保护层，即得长程电致变色纤维。有益效果(1)本专利技术通过设备定制，组装成电致变色纤维连续化生产线，实现了电致变色纤维的长程可控制备；可以连续制备百米以上；(2)本专利技术的制备方法可应用于多种材料的纤维制备，具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电致变色纤维，其特征在于，所述纤维由内到外依次包括：金属纤维内电极、ITO层、电解质层、电致变色层、对电极、聚合物保护层。/n

【技术特征摘要】
1.一种电致变色纤维，其特征在于，所述纤维由内到外依次包括：金属纤维内电极、ITO层、电解质层、电致变色层、对电极、聚合物保护层。


2.根据权利要求1所述纤维，其特征在于，所述电解质层材料组分包括：高氯酸锂LiClO4、有机溶剂、离子液体、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP；电致变色材料为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)PEDOT、聚苯胺PANI、多层石墨烯中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述纤维，其特征在于，所述对电极为涂有ITO的金属纤维；对电极为螺旋对电极结构和/或平行对电极结构。


4.根据权利要求1所述纤维，其特征在于，所述电解质层的厚度为60～180μm，聚合物保护层的厚度为0.1～0.3mm。


5.一种电致变色纤维的制备方法，包括：
(1)将金属纤维表面涂覆氧化铟锡ITO分散液，加热烘干，然后涂覆电解质溶液，加热固化后，在表面涂覆电致变色材料，加热烘干；
(2)在电致变色层的外侧包覆聚合物保护层并将对电极包覆在电致变色层与聚合物保护层之间，即得电致变色纤维。


6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏志，范宏伟，李耀刚，张青红，侯成义，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31