多色电致变色器件制造技术

本发明专利技术涉及多色电致变色器件及其使用方法。本发明专利技术还涉及制备电致变色器件的工艺。本发明专利技术还涉及制备电致变色器件的工艺。本发明专利技术还涉及制备电致变色器件的工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多色电致变色器件
专利

[0001]本专利技术涉及多色电致变色器件(multi
‑
color electrochromic device)及其使用方法。本专利技术还涉及制备电致变色器件的工艺。
[0002]专利技术背景
[0003]电致变色(EC)材料具有响应于电压的施加而改变其光学透明度的独特能力。这种性质在EC应用中是特别有用的，所述EC应用包括滤光窗(light filtering window)、智能窗(smart window)、电致变色窗(electrochromic window)、智能镜(smart mirror)、滤光器、倍频器件(frequency doubling device)、空间光调制器(spatial light modulator)、脉冲成形器(pulse shaper)、电子显示系统诸如滤色器显示器(color filter display)、监视器和TV、标志、塑料电子器件、透镜和传感器、光电系统诸如用于电信的光学开关和光学/激光系统(例如用于机械加工、医学处理、军队/军事/太空)；用于汽车工业的建筑材料和产品，诸如可着色的反射表面(tintable reflective surface)(例如汽车后视镜(car mirror))。基于电致变色性质的技术可以在许多其他利用光学性质的电切换(electrical switching)的器件和产品中找到用途。
[0004]近年来，已经对电致变色(EC)材料诸如金属氧化物、导电聚合物、液晶、有机分子和聚合物进行了研究。已经做出努力以开发高性能和高效的EC器件(ECD)，并且超越学术兴趣推进这些材料。用于更高级用途的某种类别的EC器件包括呈现多色切换的器件。多色器件扩大了潜在的EC应用的范围。
[0005]一种目前探索的用于获得多色电致变色膜的方法是使用接枝有额外的/不同的官能团诸如三苯基胺或紫精(viologen)的聚合物材料。然而，这些系统中不同色彩状态(chromic state)的颜色不是足够多样化的。此外，它们缺乏足够无色的状态。这个缺陷限制了它们的应用。此外，这些器件中的电切换通常基于具有低稳定性和耐久性的溶液电化学。这进一步限制了这些材料的应用。
[0006]用于获得多色电致变色器件的另一个有前途的策略涉及基于在不同工作电极上并入不同电致变色材料的颜色混合概念。在这种技术中，呈现互补色的材料被沉积到不同的透明导电电极(TCE)上。这允许通过使用双恒电位技术(bi
‑
potentiostatic technique)选择性地控制每个电极上的氧化还原反应来产生多色系统。虽然这种颜色混合策略允许产生不同的颜色，但由于需要多个工作电极，因此其非常复杂。
[0007]最近，展示了通过将钌基聚合物与普鲁士蓝(PB)纳米颗粒夹在中间以构成混杂的多刺激响应三层薄膜(hybrid multi
‑
stimuli
‑
responsive thin tri
‑
layer film)而形成的膜。在本研究中，以氧化的普鲁士黄(prussian yellow)(PY)状态的被捕获的电荷通过光诱导的电子转移机制被成功地从Ru*释放到普鲁士黄(PY)以使初始态再生。这种三层混杂系统使用单个工作电极并入三种不同的色彩状态。然而，膜厚度太薄以至于通过肉眼不能观察到颜色变化，并且仅在长达10个循环内获得到初始状态的切换。
[0008]一类有趣的EC材料是金属配位的有机络合物，其中金属离子被配位结合至有机分子(配体)。为了获得高性能的EC材料的膜，该材料应当以均匀的方式被包覆在导电的透明
基底上。膜组成、膜厚度、膜密度和膜均匀性是可以影响材料膜的EC性能的性质。这样的性质对于实现很重要。膜的性质取决于膜制备方法。在该领域中，通过形成配位的多吡啶基金属络合物(polypyridyl metal complex)的组装体(assembly)，已经在单个工作电极上引入可选择的颜色混合策略。发现这些基于配位的组装体的电子转移性质取决于组装体单元(assembly block)的顺序和厚度。
[0009]鉴于金属配位的有机络合物的有前途的EC性质，存在找到一种用于制备高性能EC材料和包含这样的络合物的膜的有效工艺的需求。
[0010]专利技术概述
[0011]喷涂是一种有前途的方法，其可以与工业上重要的卷对卷(roll
‑
to
‑
roll)(R2R)包覆工艺相结合，这对于其他包覆方法是不可能的。因此，喷涂为制造例如与工业过程相容的多吡啶基金属络合物的分子组装体(MA)提供了一种进步。同时，喷涂允许大表面的制造和功能化。这与现有方法形成对比，在现有方法中表面包覆被限于小的表面积。
[0012]此外，就加工时间而言，并且在一种实施方案中，当将喷涂工艺与类似层的旋涂相比较时，喷涂工艺快得多，在一些实施方案中，快两倍。
[0013]在一种实施方案中，本文使用的喷涂方法是完全自动化的，并且其被用于制造大表面积器件。
[0014]在一种实施方案中，本专利技术提供了一种制备电致变色器件的方法，所述方法包括：
[0015]a.提供基底；
[0016]b.通过喷涂将包含金属离子的连接体(linker)施加至所述基底，从而在所述基底上形成连接体层；
[0017]c.通过喷涂将金属配位的有机络合物施加至所述连接体层，从而在所述连接体层上形成金属配位的有机络合物层；
[0018]d.任选地重复步骤b和步骤c；
[0019]从而形成电致变色器件，所述电致变色器件包括基底并且包括至少一个连接体层和至少一个金属配位的有机络合物层。
[0020]在一种实施方案中，金属配位的有机络合物包含至少一个官能团，所述官能团能够结合至金属离子。在一种实施方案中，结合包括在官能团和所述金属离子之间的配位键。
[0021]在一种实施方案中，金属配位的有机络合物是多吡啶基络合物(polypyridyl complex)。
[0022]在一种实施方案中，用于施加金属连接体和有机络合物的喷涂步骤在0.75kPa和1.50kPa之间的范围内的雾化压力进行。在一种实施方案中，用于施加金属连接体和有机络合物的喷涂步骤在3.0cm和8.0cm之间的范围内的喷嘴至基底距离进行。在一种实施方案中，用于施加金属连接体和有机络合物的喷涂步骤在0.4mL/min和0.8mL/min之间的范围内的喷射溶液流量和在室温进行。上述参数的任何组合都被包含在本专利技术的实施方案中。
[0023]在一种实施方案中，进行喷射，使得喷嘴以在3mm/s和7mm/s之间的范围内的速度以沿着X
‑
Y基底方向的模式(pattern)平行于基底移动。X
‑
Y基底方向是平行于经喷射的表面的基底方向。
[0024]在一种实施方案中，重复两个施加步骤(连接体和络合物的施加步骤)以获得从2个至80个(连接体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备电致变色器件的方法，所述方法包括：a.提供基底；b.通过喷涂将包含金属离子的连接体施加至所述基底，从而在所述基底上形成连接体层；c.通过喷涂将金属配位的有机络合物施加至所述连接体层，从而在所述连接体层上形成金属配位的有机络合物层；d.任选地重复步骤b和步骤c；从而形成电致变色器件，所述电致变色器件包括基底并且包括至少一个连接体层和至少一个金属配位的有机络合物层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属配位的有机络合物包含至少一个官能团，所述官能团能够结合至所述金属离子。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述结合包括在所述官能团和所述金属离子之间的配位键。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属配位的有机络合物是多吡啶基络合物。5.根据权利要求1所述的方法，其中用于施加所述金属连接体和所述有机络合物的所述喷涂步骤在0.75kPa和1.50kPa之间的范围内的雾化压力和在3.0cm和8.0cm之间的范围内的喷嘴至基底距离，并且在0.4mL/min和0.8mL/min之间的范围内的喷射溶液流量和在室温进行。6.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述喷射，使得喷嘴以在3mm/s和7mm/s之间的范围内的速度以沿着X
‑
Y基底方向的模式平行于所述基底移动。7.根据权利要求1所述的方法，其中在施加所述连接体层之后、在施加所述金属配位的有机络合物层之后或其组合，进行洗涤步骤用于洗涤所述连接体层、用于洗涤所述络合物层或其组合。8.根据权利要求1所述的方法，其中在施加所述连接体层之后、在施加所述金属配位的有机络合物层之后或其组合，进行干燥步骤用于干燥所述连接体层、用于干燥所述络合物层或其组合。9.根据权利要求7所述的方法，其中洗涤溶剂选自由醇、醚、酯、卤化溶剂、烃、酮或其混合物组成的组。10.根据权利要求1所述的方法，其中重复两个施加步骤以获得从2至80个连接体层/有机络合物层。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述连接体中的所述金属离子选自由Pd、Zn、Os、Ru、Fe、Pt、Ni、Ir、Rh、Co、Cu、Re、Tc、Mn、V、Nb、Ta、Hf、Zr、Cr、Mo、W、Ti、Sc、Ag、Au和Y组成的组。12.根据权利要求4所述的方法，其中所述多吡啶基络合物由式I表示：
其中M是选自Fe、Os、Ru、Co、Ni、Mn、Cu、Zn、Ti、C、Cr、Rh或Ir的过渡金属；n是所述过渡金属的形式氧化态，其中n是0
‑
6；X是抗衡离子；m是在从0至6的范围内的数字；R1至R
18
各自独立地选自H、卤素、
‑
OH、
‑
N3、
‑
NO2、
‑
CN、
‑
N(R
20
)2、
‑
CON(R
20
)2、
‑
COOR
20
、
‑
SR
20
、
‑
SO3H、
‑
CH＝CH
‑
吡啶基、
‑
(C1‑
C
10
)烷基、
‑
(C2‑
C
10
)烯基、
‑
(C2‑
C
10
)炔基、
‑
(C1‑
C
10
)烷氧基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基，其中所述(C1‑
C
10
)烷基、(C2‑
C
10
)烯基、(C2‑
C
10
)炔基、环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基可以任选地被卤素、
‑
OR
20
、
‑
COR
20
、
‑
COOR
20
、
‑
OCOOR
20
、
‑
OCON(R
20
)2、
‑
(C1‑
C8)亚烷基
‑
COOR
20
、
‑
CN、
‑
N(R
20
)2、
‑
NO2、
‑
SR
20
、
‑
(C1‑
C8)烷基、
‑
O
‑
(C1‑
C8)烷基、
‑
CON(R
20
)2或
‑
SO3H取代；A1至A6各自独立地是经由R
19
与通式I的络合物的环结构连接的式III的基团，即吡啶或吡啶衍生物部分，或式IV的基团，即嘧啶或嘧啶衍生物部分R
19
各自独立地选自共价键，H2C
‑
CH2，HC＝CH，C≡C，N＝N，HC＝N，N＝CH，H2C
‑
NH，HN
‑
CH2，
‑
COO
‑
，
‑
CONH
‑
，
‑
CON(OH)
‑
，
‑
NR
20
‑
，
‑
Si(R
20
)2‑
，任选地被选自O、S或N的一个或更多个杂原子间隔的亚烷基，亚苯基，亚联苯基，由3个至5个氨基酸残基组成的肽部分，至5个氨基酸残基组成的肽部分，R
x
和R
y
各自独立地选自H、卤素、
‑
OH、
‑
N3、
‑
NO2、
‑
CN、
‑
N(R
20
)2、
‑
CON(R
20
)2、
‑
COOR
20
、
‑
SR
20
、
‑
SO3H、
‑
CH＝CH
‑
吡啶基、
‑
(C1‑
C
10
)烷基、
‑
(C2‑
C
10
)烯基、
‑
(C2‑
C
10
)炔基、
‑
(C1‑
C
10
)烷氧基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、被保护的羰基或被保护的氨基，其中所述(C1‑
C
10
)烷基、(C2‑
C
10
)烯基、(C2‑
C
10
)炔基、环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基可以任选地被卤素、
‑
OR
20
、
‑
COR
20
、
‑
COOR
20
、
‑
OCOOR
20
、
‑
OCON(R
20
)2、
‑
(C1‑
C8)亚烷基
‑
COOR
20
、
‑
CN、
‑
N(R
20
)2、
‑
NO2、
‑
SR
20
、
‑
(C1‑
C8)烷基、
‑
O
‑
(C1‑
C8)烷基、
‑
CON(R
20
)2或
‑
SO3H取代；并且
R
20
各自独立地是H、(C1‑
C6)烷基或芳基。13.根据权利要求4所述的方法，其中所述多吡啶基络合物由式II表示：其中M是选自Fe、Os、Ru、Co、Ni、Mn、Cu、Zn、Ti、C、Cr、Rh或Ir的过渡金属；n是M的形式氧化态，其中n是0
‑
6；X是抗衡离子；m是在从0至6的范围内的数字；R1至R
18
各自独立地选自H、卤素、
‑
OH、
‑
N3、
‑
NO2、
‑
CN、
‑
N(R
20
)2、
‑
CON(R
20
)2、
‑
COOR
20
、
‑
SR
20
、
‑
SO3H、
‑
CH＝CH
‑
吡啶基、
‑
(C1‑
C
10
)烷基、
‑
(C2‑
C
10
)烯基、
‑
(C2‑
C
10
)炔基、
‑
(C1‑
C
10
)烷氧基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基，其中所述(C1‑
C
10
)烷基、(C2‑
C
10
)烯基、(C2‑
C
10
)炔基、环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基可以任选地被卤素、
‑
OR
20
、
‑
COR
20
、
‑
COOR
20
、
‑
OCOOR
20
、
‑
OCON(R
20
)2、
‑
(C1‑
C8)亚烷基
‑
COOR
20
、
‑
CN、
‑
N(R
20
)2、
‑
NO2、
‑
SR
20
、
‑
(C1‑
C8)烷基、
‑
O
‑
(C1‑
C8)烷基、
‑
CON(R
20
)2或
‑
SO3H取代；A1、A3和A5各自独立地是经由R
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与通式II的络合物的环结构连接的式III的基团，即吡啶或吡啶衍生物部分，或式IV的基团，即嘧啶或嘧啶衍生物部分R
19
各自独立地选自共价键，H2C
‑
CH2，顺式/反式HC＝CH，C≡C，N＝N，HC＝N，N＝CH，H2C
‑
NH，HN
‑
CH2，
‑
COO
‑
，
‑
CONH
‑
，
‑
CON(OH)
‑
，
‑
NR
20
‑
，
‑
Si(R
20
)2‑
，任选地被选自O、S或N的一个或更多个杂原子间隔的亚烷基，亚苯基，亚联苯基，由3个至5个氨基酸残基组成的肽部分，R
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：耶达研究与发展有限公司，
类型：发明
国别省市：