基于两个色层的电致变色器件及其制备方法技术

本申请公开了一种具有色素色层和结构色层的电致变色器件。色素色层包括电致变色材料，可通过电场在着色状态和漂白状态之间可逆的并有梯度的转换。在着色状态下，电致变色器件呈现饱和的色素色和结构色的耦合色。在漂白状态下，色彩逐渐消失并形成透光状态。这两个色层之间的颜色耦合为所公开的器件提供了更丰富的色彩以及与角度相关的光学响应。多路复用和图案化的设备已经被进一步制造以展示仿生伪装的潜力。生伪装的潜力。生伪装的潜力。

Electrochromic device based on two color layers and its preparation method

The application discloses an electrochromic device with a pigment color layer and a structural color layer. The pigment layer includes electrochromic materials, which can convert reversibly and gradiently between coloring state and bleaching state through electric field. In the colored state, the electrochromic device presents the coupling color of saturated pigment color and structure color. In the bleaching state, the color gradually disappears and forms a transparent state. The color coupling between the two color layers provides a richer color and angle related optical response for the disclosed device. Multiplexing and patterned devices have been further manufactured to demonstrate the potential of Biomimetic Camouflage. The potential of camouflage. The potential of camouflage< br/>

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于两个色层的电致变色器件及其制备方法


[0001]本申请公开涉及一种新的电致变色器件，更具体地，涉及一种包含色素色层和结构色层的新的电致变色器件，并且还涉及一种用于制备该电致变色器件的方法。

技术介绍

[0002]自然界中的一些动物，例如头足类，鱼类和蝴蝶等，能够通过交流，伪装，捕食或调节体温的方式实时动态地改变其皮肤的颜色状态。这些动物体内通常由一种器官和一类细胞主要负责其颜色状态，即色素体和虹彩色素体。色素体是包含大量色素细胞的器官，通常出现在放射肌上。随着肌肉的扩张和收缩，这些色素体或膨胀或收缩成细小的斑点(面积为0.1毫米)。通过此过程动物可以根据所需实时变更其色彩，透明度，甚至体表的图案。虹彩色素体是由一些很薄的具有在特定波长下通过纳米晶体反射而产生结构色的细胞堆叠而成。这些纳米晶体使光产生偏振并形成随观测角度可发生变化的颜色，这种颜色变化使动物能够躲避捕食者。这两个器官位于皮肤下相邻的位置并具有协同作用，从而提供了任意单独一个都无法实现的颜色可控性，例如可以表现出更宽的色域，透明度和与角度相关的可见性。这种协同作用使动物对周围环境表现出令人印象深刻的颜色适应性。
[0003]通过从大自然中汲取经验，将色素色(色素体)和结构色(虹彩色素体)耦合在一起可以产生更复杂生动的颜色，从而满足不同的功能要求，例如作为保护涂层，功能显示器和迷彩伪装等。然而，到目前为止，在电致变色器件中尚未有关于色素色与结构色的耦合作用的报道。

技术实现思路

[0004]本申请公开描述了一种新的电致变色器件及用于制备该电致变色器件的方法。
[0005]本公开描述了一种电致变色器件，其包括色素色层和结构色层。色素色层包括通过光吸收而产生颜色的色素色材料，而结构色层包括通过周期结构与光的物理相互作用(例如反射和折射)产生颜色的结构色材料。结构色层所包括的结构色材料具有光随角度变化的特性。这两种色层均被放置在光路上。在光路最顶部的色层具有一定的透射率和厚度，并使得所公开的电致变色器件能够产生明显的与观测角度相关的光变化以应用于特定的应用实例中。随观测角度的不同而产生的光变化可以包括不同颜色或不同光强度或包含两者的变化。在一些实施例中，在示例电致变色器件的光路中，基于介稳态胶体晶体的结构色层被放置在基于电致变色共轭聚合物(ECP)的色素色层的上层。该结构色层的厚度约为1mm，并且其无定形区域在UV
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vis波段的透射率不小于75％。当施加
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1.3V至2.5V之间的电压时，基于ECP的色素色层将被部分漂白，并且该设备显示出不同的可见度，并且其可见度是随着肉眼观测角度的增大而降低的。
[0006]色素色层和结构色层可以直接相邻放置，也可以用其他部件隔开。至少色素色层包括电致变色材料，并且电致变色材料被放置在电致变色器件的闭合电路中。在一些实施例中，沿着光路方向，在结构色层之上的所有其他部件都是透明的。两个色层之间的这种颜
色耦合作用使得所公开的电致变色器件能够通过施加电压在饱和的彩色状态和光学透明状态之间可逆地进行切换。同时，它还拓宽了色域并增强了颜色表达能力，这是任何一个色层单独无法实现的。此外，所公开的电致变色器件同时也表现出光随角度变化的特性：随着观测视角的增大，颜色蓝移，仅在特定角度，特定电压下颜色可见。
[0007]本申请描述了各种实施例，其中描述了两个色层在光路上的位置。在一些实施例中，沿着光路，结构色层被放置在色素色层之上。在一些实施例中，沿着光路，色素色层放置在结构色层之上。上层的色层具有一定的透射率和厚度，使得本申请公开的电致变色器件可以产生明显的与观测角度相关的光强度以及光颜色变化以用于相应的应用。这两个色层可以直接相邻放置，也可以用其他部件隔开。
[0008]本申请公开了各种实施例，涉及至少用于色素色层的电致变色材料。在一些实施方案中，色素色层包含电致变色材料，而结构色层不包含电致变色材料。在一些实施例中，色素色层和结构色层均包含电致变色材料。电致变色材料可以选自无机材料和有机材料。在一些实施例中，电致变色共轭聚合物(ECP)被用作器件中的电致变色材料。在一些实施例中，丙烯酸酯取代的丙烯二氧噻吩(ProDOT)聚合物被用于器件中。
[0009]本申请公开了各种实施例，涉及用于组装本申请公开的电致变色器件的结构设计。本文所述的结构设计包括两个色层。这两个色层可以直接相邻放置。在一些实施例中，使用的是三明治结构设计，两个色层被夹在两个电极之间。在一些实施例中，使用的是横向结构设计，两个色层被横向放置在两个横向布置的电极之间。在一些实施例中，液体仓的结构设计被应用于包含液体电解质和最多一个液体色层的例子。两个色层也可以用其他部件隔开，换言之，当色素色层被放置在两个电极之间时，结构色层可以设置在两个之中的一个电极外表面上。在一些实施例中，结构色材料可以直接涂覆在现有的ECD上。至少色素色层包含电致变色材料。包含电致变色材料的色层被置于电致变色器件中的闭合电路中。当两个色层都包含电致变色材料时，根据不同应用两个色层可以或共享电路或各自使用单独的电路。当结构色层包含绝缘材料时，可以将结构色材料包埋在电解质中从而形成一个合并的结构色层；或将结构色材料直接涂覆到现有的ECD上，换句话说，当色素色层放置于两个电极之间时，结构色层放置在两个之中的一个电极外表面上。当结构色层包含导电颜色材料时，可以将结构色材料嵌入电解质中从而形成一个合并的结构色层，或直接形成一个单个层，或直接涂覆到现有的ECD上。
[0010]色素色层中的电致变色材料选自一种或多种具有氧化还原活性的无机或有机电致变色材料，或其任意组合。示例性无机色素色材料可以选自Ti，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W，Mn，Fe，Co，Ir，Ni，Cu，Ce或Zn的一种或多种氧化物或混合金属氧化物或掺杂的金属氧化物或其任何组合，等等。示例性有机色素色材料可选自以下一种或多种：紫罗兰素，包括聚(癸基紫罗兰素)及其衍生物；电致变色导电聚合物，包括聚吡咯及其衍生物，聚噻吩及其衍生物，聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)及其衍生物，聚(丙二氧基噻吩)及其衍生物，聚呋喃及其衍生物，聚芴及其衍生物，聚咔唑及其衍生物及其共聚物，金属聚合物，金属酞菁或含有受体单元的共聚物，包括苯并噻二唑，苯并硒二唑，苯并恶唑，苯并三唑，苯并咪唑，喹喔啉或二酮吡咯并吡咯或其任何组合，等等。
[0011]在一些实施例中，色素色层包括可通过电场在着色状态和漂白状态之间切换的电致变色共轭聚合物(ECP)。在一些实施例中，色素色层包括具有各种颜色的丙烯酸酯取代的
丙烯二氧基噻吩(ProDOT)聚合物，例如显现黑色的ECP
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黑色。
[0012]在一些实施例中，结构色层材料可以选自一种或多种结构色材料。示例材料包括通过光刻技术生产的材料(例如，磁性纳米颗粒)，液晶(例如，胆固醇基苯甲酸酯及其衍生物，磷脂，ZnCl2)，嵌段共聚物(例如，PS
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P2VP，PLA<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】1.一种电致变色器件，其特征在于，包含：色素色层，所述色素色层包含一种色素色材料；和结构色层，所述结构色层包含一种结构色材料，其中，所述色素色层还包含电致变色材料，所述电致变色材料可以通过电场调节在着色状态和漂白状态之间转换；所述电致变色材料被设置在闭合电路之中；所述色素色层和所述结构色层都设置在所述电致变色器件的光路中；在所述光路上，所述色素色层和所述结构色层中的一个色层放置于另一个色层之上，同时位于顶部的色层具有一定的透射率和厚度，所述透射率和厚度可使得所述电致变色器件可产生与观测角度相关的光变化。2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述结构色层包含电解质，所述结构色材料嵌入所述电解质中。3.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色器件还包含两个电极，所述色素色层和所述结构色层以三明治夹心的方式设置于两个电极之间。4.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色器件还包含两个电极，所述色素色层和所述结构色层以横向放置的方式放置于两个横向放置的电极之间。5.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色器件使用了液体仓的结构设计。6.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色器件还包含两个电极，所述色素色层设置于两个电极之间，且结构色层设置于一个电极的外侧。7.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述色素色层中的电致变色材料选自一种或多种具有氧化还原活性的无机或有机电致变色材料。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柯，梅建国，
申请(专利权)人：安比莱特，
类型：发明
国别省市：