一种电致变色用硝酸根离子电解质及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种电致变色用硝酸根离子电解质及其应用。本发明专利技术主要是，在优化电致变色层后的电致变色器件中，使用硝酸铝电解质作为电致变色器件的电解质层，制备电致变色器件。称取一定重量的九水合硝酸铝加入适量去离子水中、充分搅拌，得到浓度为1M～2M的硝酸铝溶液；以硝酸铝水溶液作为基础电解质，加入丙烯酰胺可制成硝酸铝水凝胶电解质、加入PVA可制成准固态硝酸铝电解质。本发明专利技术使用硝酸铝电解质，在与氯化铝电解质同等浓度同等状态的条件下，硝酸铝电解质保证了使用氯化铝电解质所具有的器件优异循环稳定性的同时，制备过程中硝酸铝无剧烈的水解现象发生，氯化铝溶液配制会产生剧烈水解现象。硝酸铝电解质的应用大大提升了器件制备过程的安全性。本发明专利技术中应用磁控溅射技术制备了不易脱落的电致变色层提升了电致变色层性能，更为稳定的变色层为硝酸铝电解液在电致变色器件中的应用提供了前提条件。本发明专利技术中硝酸铝电解质的制备在常压下就能进行，对设备要求低，便于广泛应用。便于广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种电致变色用硝酸根离子电解质及其应用


[0001]本专利技术属于电致变色材料及其制备和应用领域，特别涉及一种硝酸铝电解质应用于电致变色器件的制作方法及其应用。

技术介绍

[0002]电致变色本质上是氧化还原的化学反应过程，电致变色层材料在外加电场的条件下发生可逆的颜色变化，一般表现为无色透明与有色之间的可逆。这种能够发生电致变色的材料叫做电致变色材料，用电致变色材料做成的器件即电致变色器件。电致变色器件主要由四层结构组成：透明基底层、导电层、电解质层(离子导电层)、电致变色层。电解质层(离子导电层)作为电致变色器件中的关键结构，是器件电极之间的重要传导介质，为电致变色材料反应提供补偿离子。同时变色层作为离子嵌脱层，结构的稳定性也对器件的性能具有重要影响。由于锂元素在地壳中的含量仅有0.0065％，资源储量并不多，不利于电致变色器件的长期稳定发展，且工业化生产成本较高。当前的许多研究都逐渐转移至多价离子上，尤其是三价铝离子的应用。氯化铝作为常用电解质材料，使得电致变色器件具备优异的器件性能，但是氯化铝极易水解，尤其是氯化铝水溶液的制备过程中，水解产生大量的热且生成氯气，安全性较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术将硝酸铝应用于电致变色器件的电解质层，以合适的比例配制硝酸铝溶液，制得的硝酸铝电解质，在解决氯化铝配制过程中水解现象带来的安全隐患问题的同时，还保持了氯化铝电解质器件的电致变色性能。
[0004]本专利技术的硝酸铝电解质，包括如下顺序的步骤：
[0005]称取一定重量的九水合硝酸铝加入适量去离子水中、充分搅拌，得到浓度为1M～2M的硝酸铝溶液；以硝酸铝水溶液作为基础电解质，加入丙烯酰胺、少量亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、四甲基乙二胺可制成硝酸铝水凝胶电解质、加入聚乙烯醇和碳酸丙烯酯可制成准固态硝酸铝电解质。
[0006]具体的，所述硝酸铝水溶液的配制选用的是九水合硝酸铝，通过配制硝酸铝溶液作为铝离子电解质。药品为市场上纯度大于99％的普通工业产品，来源广泛，容易购得，且价格便宜。
[0007]具体的，所述硝酸铝溶液配制所用水为去离子水，按照浓度要求称取药品与一定份量的去离子水混合，充分搅拌即可。
[0008]具体的，所述硝酸铝电解液配制时，水电解液、准固态电解液、固态电解液制备方式如下：
[0009]1)称取一定重量的九水合硝酸铝加入适量去离子水中、充分搅拌，得到浓度为1M～2M的硝酸铝溶液，即硝酸铝水电解液；
[0010]2)称量一定重量份的聚乙烯醇(聚乙烯醇：硝酸铝溶液＝1.5g：20ml)加入配好的
硝酸铝溶液中并滴加一滴碳酸丙烯酯,放入水浴锅中水浴搅拌加热至95摄氏度后，恒温搅拌20min，至电解质完全透明，室温冷却后得到硝酸铝准固态电解质；
[0011]3)在配制好的每10ml硝酸铝水溶液中，加入约1.4g丙烯酰胺和少量(以毫克为单位计重)的亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、四甲基乙二胺充分搅拌后在50℃恒温条件下干燥30min 制成水凝胶电解质。
[0012]本专利技术使用硝酸铝作为电致变色器件的电解质层(离子导电层)，代替，对比氯化铝，使用硝酸铝后的电致变色器件，在保持循环稳定性的同时，制备安全性得到提升。本专利技术电解质全程皆可在常压下进行，操作简单，原材料成本低的同时对于生产设备要求也低，应用前景十分广阔。
[0013]本专利技术具有如下的优点：
[0014](1)性能优异：离子半径是决定电致变色器件着褪色速度以及循环稳定性的关键因素。半径与质量最小的质子迁移速率比其他离子快得多，从而产生更高的电致变色性能。铝离子半径(53.5pm)与锂离子半径(76pm)相比，离子迁移速率更快，因此硝酸铝电解质中的铝离子应用于电致变色器件能够使器件的着褪色速度更快、显色效果更好、循环稳定性得到一定提升，具有一定的应用价值。
[0015](2)制备方法简单可控易操作：本专利技术中硝酸铝电解液的配制无剧烈水解现象，安全性能更高。且通过控制硝酸铝与去离子水的配比来控制电解液中铝离子的浓度。在一定范围内，离子浓度愈大，铝离子应用于电致变色器件对性能的提升效果愈专利技术显。故在其他条件不变的前提下，可通过控制铝离子浓度控制电致变色显色效果，从而在一定范围内实现器件显色度可控。
具体实施方式
[0016]下面通过具体实施例来对本专利技术作进一步详细的描述，其中，所述原料均为工业化产品。实施例仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，本领域技术人员对于本专利技术等价形式的改动或修改同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0017]实施例1：
[0018]裁剪尺寸大小为长2cm宽1cm的导电玻璃基底，清洗干净，干燥备用。室温下，称取3.75g九水合硝酸铝(AR,99.0％)溶于10ml去离子水中，充分搅拌至澄清水溶液，得到1M硝酸铝水电解质。取出干净的导电基底和磁控溅射镀有氧化钨变色层的导电ITO玻璃，制备组装得到硝酸铝电解质电致变色器件。图1是器件结构示意图；图2 是器件数码图，a、b、c分别为器件未着色前、着色后、褪色后的实物图展示；图3是硝酸铝水电解质应用于电致变色器件的电致变色循环透射率测试图；图4是硝酸铝电解质电致变色器件的CV曲线图，易知该器件稳定性好。在
±
2.5V持续偏压的条件下每10s测得一个循环，该器件在650nm处透射率调制范围约为25％左右。
[0019]实施例2
[0020]裁剪尺寸大小为长2cm宽1cm的导电玻璃基底，清洗干净，干燥备用。室温下，称取3.75g九水合硝酸铝(AR,99.0％)溶于10ml去离子水中，充分搅拌至澄清水溶液，得到1M硝酸铝水溶液。然后称量0.75g聚乙烯醇加入配好的硝酸铝溶液中并滴加一滴碳酸丙烯酯, 放入水浴锅中水浴搅拌加热至95摄氏度后，恒温搅拌20min，至电解质完全透明，室温冷却
后得到硝酸铝准固态电解质。取出干净的导电基底和磁控溅射镀有氧化钨变色层的导电ITO玻璃，制备组装得到硝酸铝电解质电致变色器件。图5是硝酸铝准固态电解质应用于电致变色器件的电致变色循环透射率测试图，易知该器件稳定性很好。在
±
2.5V持续偏压的条件下每10s测得一个循环，该器件在650nm处透射率调制范围约为28％左右。
[0021]实施例3
[0022]裁剪尺寸大小为长2cm宽1cm的导电玻璃基底，清洗干净，干燥备用。室温下，称取3.75g九水合硝酸铝(AR,99.0％)溶于10ml去离子水中，充分搅拌至澄清水溶液，得到1M硝酸铝水溶液。然后加入1.4g丙烯酰胺和少量亚甲基双丙烯酰胺(3.3mg)、过硫酸铵(22mg)、四甲基乙二胺(10μl)，充分搅拌后在50℃恒温条件下干燥30min制成硝酸铝水凝胶电解质。取出干净的导电基底和磁控溅射镀有氧化钨变色层的导电ITO玻璃，制备组装得到硝酸铝电解质电致变色器件。图6是硝酸铝水凝胶电解质应用于电致变色器件的电致变色循环透射率测试图，易知该器件稳定性较好。在
±
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致变色用硝酸根离子电解质及其应用，其特征在于：电致变色器件中电致变色层的电解质为硝酸铝。与氯化铝相比，硝酸铝是离子化合物，既有离子键又有共价键，氯化铝是共价化合物，只有共价键。且配制电解质溶液时，硝酸铝没有剧烈水解反应，安全性较高。2.根据权利要求1所述的硝酸铝电解液应用于电致变色器件，硝酸铝电解质制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取一定重量的九水合硝酸铝加入适量去离子水中、充分搅拌，得到浓度为1M～2M的硝酸铝溶液；2)以硝酸铝水溶液作为基础电解质，加入聚乙烯醇和碳酸丙烯酯可制成准固态硝酸铝电解质；3)以硝酸铝水溶液作为基础电解质，加入丙烯酰胺、少量亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、四甲基乙二胺可制成硝酸铝水凝胶电解质。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁祥，唐颖慧，肖钰铖，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：