一种电致变色器件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电致变色器件及其制备方法和应用。本发明专利技术的电致变色器件的组成包括依次层叠设置的第一导电层、电致变色层、电解质层和第二导电层，电致变色层为碳纳米管掺杂的WO3层。本发明专利技术的电致变色器件的制备方法包括以下步骤：1)将钨源和碳纳米管制成复合分散液；2)将复合分散液涂覆在第一导电层上，进行干燥和退火，形成电致变色层；3)将第二导电层贴合在电致变色层上，并预留电解质溶液的灌注缝隙；4)将电解质溶液灌注到预留的缝隙中，再将整个器件密封，即得电致变色器件。本发明专利技术的电致变色器件具有离子扩散速率快、响应时间短、电致变色性能好等优点，且其制备过程简单、成本低、绿色节能，适合进行大规模实际应用。适合进行大规模实际应用。适合进行大规模实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种电致变色器件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电致变色器件
，具体涉及一种电致变色器件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电致变色是指材料的光学属性(例如：反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生的稳定、可逆的颜色变化现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色器件是采用电致变色材料封装而成的实用性器件，其经典结构为ITO透明导电层(镀有透明ITO导电层的玻璃)、电解质层、电致变色层和ITO透明导电层层叠组成的“三明治”结构。电致变色材料是决定电致变色器件性能的关键因素之一，其按照材质可以分为两类：1)无机电致变色材料：WO3等金属氧化物为典型代表；2)有机电致变色材料：聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。无机电致变色材料与ITO等无机导电材料的结合性能较好，且两者结合得到的材料的稳定性也比较好，具有巨大的发展前景。然而，现有的以无机电致变色材料为电致变色层的电致变色器件普遍存在离子扩散速率慢、颜色转换时间较长、制备工艺复杂等问题，尚难以完全满足实际应用需求。
[0003]因此，开发一种离子扩散速率快、响应时间短、电致变色性能好、制备过程简单的电致变色器件具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电致变色器件及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一种电致变色器件，组成包括依次层叠设置的第一导电层、电致变色层、电解质层和第二导电层；所述电致变色层为碳纳米管掺杂的WO3层。
[0007]优选的，所述第一导电层中的导电材料选自ITO、FTO中的至少一种。
[0008]优选的，所述碳纳米管的长度为0.4μm～1.3μm，直径为0.7nm～1.3nm。
[0009]优选的，所述碳纳米管掺杂的WO3层的厚度为200nm～400nm。
[0010]优选的，所述电解质层的组成包括电解质和溶剂。
[0011]进一步优选的，所述电解质层由浓度为0.8mol/L～1.2mol/L的电解质溶液构成。
[0012]优选的，所述电解质选自高氯酸锂、无水硫酸钠、硫酸钾中的至少一种。
[0013]优选的，所述溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。
[0014]优选的，所述第二导电层中的导电材料选自ITO、FTO中的至少一种。
[0015]上述电致变色器件的制备方法包括以下步骤：
[0016]1)将钨源和碳纳米管分散在溶剂中制成复合分散液；
[0017]2)将步骤1)的复合分散液涂覆在第一导电层上，进行干燥和退火，形成电致变色层；
[0018]3)将第二导电层贴合在电致变色层上，并预留电解质溶液的灌注缝隙；
[0019]4)将电解质溶液灌注到步骤2)预留的缝隙中，再将整个器件密封，即得电致变色器件。
[0020]优选的，上述电致变色器件的制备方法包括以下步骤：
[0021]1)将钨源分散液和碳纳米管分散液混合制成复合分散液；
[0022]2)将步骤1)的复合分散液涂覆在进行过表面处理的第一导电层上，进行干燥和退火，形成电致变色层；
[0023]3)将进行过表面处理的第二导电层贴合在电致变色层上，并预留电解质溶液的灌注缝隙；
[0024]4)将电解质溶液灌注到步骤2)预留的缝隙中，再将整个器件密封，即得电致变色器件。
[0025]优选的，步骤1)所述钨源选自六氯化钨、钨粉、钨酸钠中的至少一种。
[0026]优选的，步骤1)所述复合分散液中钨源、碳纳米管的质量比为2000～40000:1。
[0027]进一步优选的，步骤1)所述复合分散液中钨源、碳纳米管的质量比为3000～14000:1。
[0028]优选的，步骤1)所述钨源分散液的浓度为0.5g/mL～1.0g/mL。
[0029]优选的，步骤1)所述碳纳米管分散液的浓度为0.2mg/mL～0.5mg/mL。
[0030]优选的，步骤1)所述钨源分散液、碳纳米管分散液的体积比为2～8:1。
[0031]优选的，步骤2)所述干燥在90℃～110℃下进行，干燥时间为15min～25min。
[0032]优选的，步骤2)所述退火的具体操作为：先以40℃/min～60℃/min的升温速率升温至180℃～220℃，保温40s～80s，再以15℃/min～25℃/min的升温速率继续升温至270℃～330℃，保温60s～120s，再以8℃/min～12℃/min的降温速率降至室温。
[0033]优选的，步骤2)所述表面处理的具体操作为：依次用去离子水、无水乙醇和异丙醇进行超声清洗，烘干，再放入UV处理仪器进行紫外照射。
[0034]优选的，步骤3)所述涂覆的方式为旋涂。
[0035]优选的，步骤3)所述表面处理的具体操作为：依次用去离子水、无水乙醇和异丙醇进行超声清洗，烘干，再放入UV处理仪进行紫外照射。
[0036]优选的，步骤4)所述密封采用UV固化胶。
[0037]一种显示装置，其组成包括上述电致变色器件。
[0038]本专利技术的原理：碳纳米管具有优异的导电性，在电致变色过程中碳纳米管有利于碳纳米管掺杂的WO3层表面离子的注入和抽出，施加负偏压时，电子通过导电层传输到电致变色层中的碳纳米管和金属氧化物WO3，引起H
+
的插入，WO3发生氧化还原反应，颜色变蓝，施加正偏压时，发生上述反应的可循环逆反应，反应的方程式如下：WO3+xe
‑
+xH
+
→
H
x
WO3。
[0039]本专利技术的有益效果是：本专利技术的电致变色器件具有离子扩散速率快、响应时间短、电致变色性能好等优点，且其制备过程简单、成本低、绿色节能，适合进行大规模实际应用。
[0040]具体来说：
[0041]1)本专利技术采用导电性能优异的碳纳米管作为增强无机电致变色材料WO3导电性能的掺杂材料，碳纳米管具有长径比大、比表面积高、表面能大等优点，可以诱导WO3表面产生颗粒团聚结构，进而可以使WO3在电致变色层中均匀分散，减小了电荷转移阻力，由此制备
的电致变色层具有粗糙多孔的表面结构，有利于电致变色层表面离子的注入和抽出，缩短了电致变色器件的响应时间，器件的电致变色性能好；
[0042]2)本专利技术采用溶液法制备电致变色器件，具有绿色节能、成本低、工艺简单等优点。
附图说明
[0043]图1为实施例1的电致变色器件的结构示意图。
[0044]附图标识说明：10、第一导电层；20、电致变色层；30、电解质层；40、第二导电层。
[0045]图2为实施例1～3和对比例1～2中形成的电致变色层的AFM图。
[0046]图3为实施例1和对比例1～2的电致变色器件正向通电5s后的变色测试图片。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致变色器件，组成包括依次层叠设置的第一导电层、电致变色层、电解质层和第二导电层，其特征在于：所述电致变色层为碳纳米管掺杂的WO3层。2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于：所述碳纳米管的长度为0.4μm～1.3μm，直径为0.7nm～1.3nm。3.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于：所述碳纳米管掺杂的WO3层的厚度为200nm～400nm。4.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于：所述第一导电层中的导电材料选自ITO、FTO中的至少一种；所述第二导电层中的导电材料选自ITO、FTO中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于：所述电解质层的组成包括电解质和溶剂；所述电解质选自高氯酸锂、无水硫酸钠、硫酸钾中的至少一种；所述溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。6.权利要求1～5中任意一项所述的电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将钨源和碳纳米管分散在溶剂中制成复合分散液；2)将步骤1)的复合分散液涂覆在第一导电层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，李晓海，邹建华，梁宏富，谢昕，祝席文，倪浩智，刘汉豪，曾慕雪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：