一种电致变色器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种电致变色器件及其制备方法。所述电致变色器件包括依次层叠的电致变色层、离子导电层和离子储存层；所述电致变色层包括核壳结构氧化钨材料，所述核壳结构氧化钨材料的核心为晶态氧化钨，核壳结构氧化钨材料的外壳为非晶氧化钨层。所述方法包括：(1)水热法生长晶态氧化钨，并用电沉积法在所述晶态氧化钨上沉积非晶氧化钨层，得到核壳结构氧化钨材料作为电致变色层；(2)将电致变色层制备成电致变色器件。本发明专利技术提供的电致变色器件显示出灵敏且可逆的颜色响应，有助于变色智能窗的进一步推广应用。的进一步推广应用。的进一步推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种电致变色器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于电致变色
，涉及一种电致变色器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]电致变色是指某些物质在一定电压作用下，颜色会发生可逆的、持久的变化。电致变色材料因其驱动电压低、颜色变化丰富、能耗低、开路记忆、易与集成电路匹配等特点，在柔性显示屏幕、智能窗和电子纸等节能领域拥有广泛的应用前景
[0003]基于电致变色材料的智能窗类产品，主要受制于产品推广及生产成本；而基于电致变色材料的显示器类产品，主要受制于响应速度及循环寿命。因此，构建具有比表面积大、活性位点多、离子扩散距离小等特点的纳米结构电致变色材料对于基础科学研究和产业化应用均具有重要意义。
[0004]三氧化钨是一种研究较多的无机电致变色材料，非晶态的三氧化钨结构疏松，离子/电子在其中嵌脱时响应速度快，但经多次循环后，非晶态材料内部结构易于坍塌，导致材料的稳定性较差。非晶态的氧化钨外层存在丰富的缺陷位置和不饱和配位位点，具有较多的离子输运通道和嵌入位点。而晶态氧化钨的内部具有高度对称的刚性结构，使其具有出色的稳定性，但较致密有序的原子排列也使得晶态材料的离子/电子脱嵌速度较慢，电致变色活性较低。
[0005]非晶态材料通常比晶态材料表现出更好的电致变色性能。但与晶态材料相比，非晶态材料不稳定。
[0006]相比刚性电致变色材料，柔性电致变色智能窗价格更低，且可以直接吸附在传统玻璃表面，在不需要更换玻璃的情况下实现电致变色，然而，柔性电致变色薄膜、器件设计研发遇到的挑战限制了柔性电致变色器件的推广。
[0007]CN112505975A公开了一种WOx
‑
NiOx基柔性电致变色器件及其制备方法，该方案是通过WO
X
变色体与NiO
X
变色体间设置有混合电解质，WO
X
变色体上表面与第一PET基底间设置有ITO导电膜，NiO
X
变色体下表面与第二PET基底间设置有ITO导电膜；通过控制碳纳米点的含量调节电解质层显色为黄色系电致变色体，调整WO
X
‑
NiO
X
电致变色体系的显色为蓝色系电致变色体，进而该柔性器件完成颜色的叠加：蓝色电极叠加黄色电解质层使器件显示为绿色系电致变色体。
[0008]CN112394583A公开了一种电致变色器件及其制备方法，该电致变色器件包括层叠设置的第一附加层、第一基底层、电致变色层、第二基底层和第二附加层，电致变色层的两端与第一基底层的两端齐平设置，第一附加层、第二基底层及第二附加层的两端均超出电致变色层的两端设置。第二基底层和第一附加层之间设有第一密封件，第二基底层内穿设有第二密封件，第二密封件的一端与第一密封件相连，另一端与第二附加层相连。
[0009]CN111722449A公开了柔性电致变色器件及其制备方法。该柔性电致变色器件包括：第一基底、设置在第一基底表面上的第一电极层、第二基底、设置在第二基底表面上的第二电极层、n个功能层和n
‑
1个阻隔层，且n个功能层和n
‑
1个阻隔层交替设置在第一电极
层和第二电极层之间的，第一电极层和第二电极层均与功能层接触设置，且n为大于等于2的正整数，其中，功能层中包括电解质液和分散在电解质液中的电致变色颗粒。
[0010]但是上述方案均存在光学调制范围、颜色响应速度和循环稳定性有待进一步提高的问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供一种电致变色器件及其制备方法，所述一种电致变色器件及其制备方法。本专利技术提供的电致变色器件显示出灵敏且可逆的颜色响应，有助于变色智能窗的进一步推广应用。
[0012]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供一种电致变色器件，所述电致变色器件包括依次层叠的电致变色层、离子导电层和离子储存层；所述电致变色层包括核壳结构氧化钨材料，所述核壳结构氧化钨材料的核心为晶态氧化钨，核壳结构氧化钨材料的外壳为非晶氧化钨层。
[0014]本专利技术中，核壳结构的氧化钨材料结合了晶态材料和非晶态材料的优点，具有显著的光学调制范围、快速的颜色响应和优异的循环稳定性等特点。
[0015]本专利技术提供的电致变色器件以核壳式晶态/非晶氧化钨作为电致变色材料，以平衡和优化氧化钨的稳定性和活性。本专利技术提供的电致变色器件具有较大的光学透过范围和快速的颜色响应，具有广阔的应用前景。
[0016]本专利技术提供的核壳结构氧化钨材料中，核心的晶态氧化钨为三氧化钨，外壳的非晶层为钼掺杂的三氧化钨。
[0017]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，所述电致变色层位于第一导电基底上，且所述第一导电基底位于电致变色层的外侧。所述外侧是指电致变色层远离离子导电层的一侧。
[0019]优选地，所述第一导电基底包括ITO
‑
PET(在PET基底材料上溅射透明氧化铟锡)、FTO
‑
PET、ITO
‑
玻璃或FTO
‑
玻璃中的一种。
[0020]优选地，所述离子储存层包括普鲁士白(亚铁氰化亚铁，是普鲁士蓝的还原产物)、二氧化钛、氧化镍、氧化钴或五氧化二钒中的任意一种或至少两种的组合。使用普鲁士白作为离子储存层的好处在于其颜色响应电压与氧化钨材料的颜色响应电压互为相反数，当施加一定电压时两种材料可以同时进行着色或褪色(氧化钨插入Li
+
发生变色，普鲁士白抽出Li
+
发生变色；氧化钨抽出Li
+
成褪色态，普鲁士白插入Li
+
成褪色态)。
[0021]优选地，所述普鲁士白通过先电沉积法制备普鲁士蓝，再进行恒电压转化的方法得到。
[0022]优选地，所述离子储存层位于第二导电基底上，所述第二导电基底位于离子储存层的外侧。所述外侧是指离子储存层远离离子导电层的一侧。
[0023]优选地，所述离子导电层包括凝胶电解质。本专利技术中，凝胶电解质以半液态形式存在，保证其与电致变色层和离子储存层接触时具有良好的润湿性，从而达到与电极材料充分接触的目的。
[0024]优选地，所述凝胶电解质包括有机溶剂、盐类电解质和粘结剂。
[0025]优选地，所述有机溶剂包括碳酸丙烯酯、N
‑
甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
[0026]优选地，所述盐类电解质包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双氟磺酰亚胺锂中的任意一种或至少两种的组合。采用高氯酸锂的好处在于其价格低廉、水分不敏感、高稳定性、高溶解性、高离子电导率和正极表面高氧化稳定性。
[0027]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致变色器件，其特征在于，所述电致变色器件包括依次层叠的电致变色层、离子导电层和离子储存层；所述电致变色层包括核壳结构氧化钨材料，所述核壳结构氧化钨材料的核心为晶态氧化钨，核壳结构氧化钨材料的外壳为非晶氧化钨层。2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层位于第一导电基底上，且所述第一导电基底位于电致变色层的外侧；优选地，所述第一导电基底包括ITO
‑
PET、FTO
‑
PET、ITO
‑
玻璃或FTO
‑
玻璃中的一种；优选地，所述离子储存层包括普鲁士白、二氧化钛、氧化镍、氧化钴或五氧化二钒中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述普鲁士白通过先电沉积法制备普鲁士蓝，再进行恒电压转化的方法得到；优选地，所述离子储存层位于第二导电基底上，所述第二导电基底位于离子储存层的外侧；优选地，所述离子导电层包括凝胶电解质；优选地，所述凝胶电解质包括有机溶剂、盐类电解质和粘结剂；优选地，所述有机溶剂包括碳酸丙烯酯、N
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甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述盐类电解质包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双氟磺酰亚胺锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙烯醇或聚偏氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述凝胶电解质中，盐类电解质在有机溶剂中的浓度为0.1
‑
0.2g/mL；优选地，所述凝胶电解质中，粘结剂在有机溶剂中的浓度为0.05
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0.15g/mL；优选地，所述第二导电基底包括ITO
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PET、FTO
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PET、ITO
‑
玻璃或FTO
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玻璃中的一种；优选地，所述离子导电层还包括纳米胶，所述纳米胶用于粘合电致变色层和离子储存层，所述凝胶电解质位于由电致变色层、离子储存层和纳米胶围成的空间区域中。3.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于，所述核壳结构氧化钨中，外壳中掺杂有过渡金属；优选地，外壳中掺杂的所述过渡金属包括钼；优选地，所述核壳结构氧化钨的外壳中，掺杂的过渡金属与钨的摩尔比为0
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0.07且不为0；优选地，所述晶态氧化钨的形貌为纳米棒状；优选地，所述核壳结构氧化钨中，外壳的厚度为10
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150nm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)水热法生长晶态氧化钨，并用电沉积法在所述晶态氧化钨上沉积非晶氧化钨层，得到核壳结构氧化钨材料作为电致变色层；(2)将电致变色层制备成电致变色器件，所述电致变色器件包括依次层叠的电致变色层、离子导电层和离子储存层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水热法生长晶态氧化钨的方法包括将第一钨源溶于第一溶剂中，加入无机酸进行搅拌，固液分离取沉淀，将沉淀溶
于氧化剂，水浴加热得到水热前驱液，将所述水热前驱液与无机酸、第一溶剂和第二溶剂混合，进行水热反应，得到晶态氧化钨；优选地，所述第一钨源包括钨酸钠；优选地，所述第一溶剂包括水；优选地，所述无机酸包括盐酸；优选地，所述氧化剂包括过氧化氢；优选地，所述沉淀与氧化剂的固液比为0.05
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0.2g/mL；优选地，所述第二溶剂包括乙醇；优选地，所述水浴的温度为90...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔彦斌，李文丽，朱多银，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：