一种电致调控可见-近红外-中远红外器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电致调控可见

【技术实现步骤摘要】
一种电致调控可见
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近红外
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中远红外器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及电致变色器件
，具体涉及一种电致调控可见
‑
近红外
‑
中远红外器件及制备方法。

技术介绍

[0002]据统计，2019年全国建筑全过程的碳排放总量占全国碳排放总量的50.6％，其中运行阶段碳排放占建筑全过程碳排放的42.7％，同时建筑的供暖、制冷与通风系统等用以维持室内环境的舒适性方面的能耗相对较大。大量的能源消耗会对环境和社会发展等带来不利影响，因此，迫切需要通过科学技术创新来实现绿色节能建筑，提高能源效率、减少碳排放量。
[0003]电致变色材料是指在外加电场作用下，材料发生可逆的氧化还原反应，伴随着离子在材料中的嵌入脱出或是材料表面的金属沉积溶解，从而实现对可见光与近红外透过率的电致调控。基于此，电致变色智能窗户能够控制太阳辐射对室内的照明与升温，实现室内光线与温度的舒适性，具有巨大的市场前景与节能意义。
[0004]普朗克黑体辐射定律描述了在任意温度下，从一个黑体中发射出的电磁辐射的辐射率与频率之间的关系；同时随着物体的温度升高，最高辐射率向短波方向移动。处于室温附近的物体辐射能量主要集中在中远红外波段。中远红外波段中存在大气窗口，其中最宽的中远红外大气窗口在8
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13微米处。通过大气窗口，物体发出的中远红外能够辐射到外太空(～3k)，达到辐射制冷的目的。又根据斯特藩
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玻尔兹曼定律可知，单位时间内、单位面积的物体辐射功率正比于物体绝对温度的四次方和表面的辐射率。因此，在不依靠热对流和热传导改变物体温度的条件下，动态调节物体表面的辐射率，就能分别实现高辐射制冷和低辐射保温功能。辐射率可调的智能窗户应用于建筑领域，将进一步降低用于维持理想室内温度的能耗。公开号为CN111596496A的中国专利文献公开了一种可见
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红外独立调控电致变色器件，该电致变色器件结构包括依序排布的第一透明电极、在高电压条件下仅调控可见光的第一电致变色层、在低电压条件下仅调控红外光透过率的第二电致变色层、离子传导层和第二透明电极，该专利技术通过设计能够调节可见光的第一电致变色层和只调控红外光的第二电致变色层，从而实现不同的电压下独立调控红外光和可见光的透过率；公开号为CN115167048A的中国专利文献公开了一种电致变色近红外反射调控器件，该电致变色近红外反射调控器件包括层叠设置的第一透明导电基板、有机电致变色层、电解质层和第二透明导电基板，在使用时，通过电源向第一透明导电基板和第二透明导电基板之间施加不同电压可实现对近红外反射率的动态调控。但是上述电致变色器件不能把可见与近红外的调控完全分立，且均不能实现辐射调温的功能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种电致调控可见
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近红外
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中远红外器件，通过叠加不同功能膜层，结合离子嵌入与金属沉积两种机理，采用电位控制使电致变色材料和电解质层协同作
用，在实现对可见
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近红外
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中远红外多波段智能调控的基础上，同时获得高辐射制冷与低辐射保温功能。
[0006]具体采用的技术方案如下：
[0007]一种电致调控可见
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近红外
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中远红外器件，包括依序层叠设置的第一红外透明基底层、第一电极层、电解质层、第二电极层和第二透明基底层；
[0008]第一电极层包括外边框的导电材料和内工作区域的纳米级导电膜；
[0009]电解质层为液相电解质层或凝胶相电解质层；
[0010]第二电极层包括依序层叠设置的纳米级导电膜、电致变色层和透明导电层，其中，纳米级导电膜与电解质层直接接触。
[0011]本专利技术主要通过对电解质层和电极层的设计，采用电位控制使电解质层和电极层之间协同作用，将电致变色和电致变辐射率结合在同一器件中，拓宽了电致调控的波长范围，实现了对可见
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近红外
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中远红外多波段智能调控，且在柔性条件下，该器件能够实现对太阳辐射带来的照明与升温的调制，同时通过辐射率的动态改变引入高辐射降温和低辐射保温功能。第一红外透明基底层相当于本专利技术器件的窗口，位于器件最外层，不影响电致调控产生的辐射率变化，第一电极层与第一红外透明基底层层叠设置，未对第一电极层施加负压时电极层表面预先沉积的纳米金属颗粒对中远红外产生高吸收，整体器件呈现高辐射制冷状态，在此前提下，对第二电极层施加负压，通过向第二电极层中嵌入离子和表面沉积金属，降低太阳光对室内的光照与升温；对第一电极层施加负压沉积金属后，表面连续的金属薄膜对中远红外高反射，器件呈现低辐射保温状态。
[0012]优选的，所述的第一红外透明基底层的中远红外透过率大于30％，材料选自聚乙烯、聚丙烯、硅或氧化硅中的至少一种；第一红外透明基底层相当于本专利技术器件的窗口，不影响电致调控产生的辐射率变化，用以在柔性基础上实现可见
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近红外
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中远红外透明；另外，不同材料对中远红外的吸收不同以及制备工艺不同，进而可用的基底厚度不同，进一步优选的，所述的第一红外透明基底层的厚度为0.005mm
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0.4mm。
[0013]本专利技术将第一电极层分区域设置，外边框的导电材料实现导电、连通器件的功能即可，电解质中可电沉积的金属离子在内工作区域的纳米级导电膜上可逆沉积，优选的，纳米级导电膜的材质为石墨、铂、氧化铟锡或掺氟氧化锡中的至少一种，厚度为0.5nm
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30nm，该厚度范围的导电膜能兼顾光学性能与电学性能，在尽可能高透光的基础上，提供足够多的缺陷与自由电子进行金属离子的还原与金属生长；同时在第二电极层中也不会完全覆盖下层的电致变色材料，可以在低过电位条件下进行锂离子的嵌入调制。
[0014]进一步优选的，所述的纳米级导电膜的材质为铂，厚度为0.5nm
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4nm。
[0015]所述的液相电解质层为金属盐溶于有机溶剂所得的溶液，组分包括有机溶剂、第一类金属离子、第二类金属离子和卤素离子；所述的凝胶相电解质层在液相电解质层的基础上包含高分子以形成有机凝胶网络，为金属盐、有机溶剂和高分子形成的凝胶，组分包括高分子、有机溶剂、第一类金属离子、第二类金属离子和卤素离子。
[0016]优选的，金属盐的总浓度为0.05
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0.2mol/L，高分子聚合物的加入量为液相电解质总质量的5
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20％。
[0017]优选的，所述的有机溶剂包括丙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、二甲基亚砜或乙烯碳酸酯中的至少一种；
[0018]第一类金属离子为可电沉积的金属离子，能够通过电化学作用在电极层表面上放电还原为金属原子并附着于电极层上，包括Ag
+
、Cu
2+
、Ni
2+
、Bi
3+
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电致调控可见
‑
近红外
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中远红外器件，其特征在于，包括依序层叠设置的第一红外透明基底层、第一电极层、电解质层、第二电极层和第二透明基底层；第一电极层包括外边框的导电材料和内工作区域的纳米级导电膜；电解质层为液相电解质层或凝胶相电解质层；第二电极层包括依序层叠设置的纳米级导电膜、电致变色层和透明导电层，其中，纳米级导电膜与电解质层直接接触。2.根据权利要求1所述的电致调控可见
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近红外
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中远红外器件，其特征在于，所述的第一红外透明基底层的中远红外透过率大于30％，材料选自聚乙烯、聚丙烯、硅或氧化硅中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电致调控可见
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近红外
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中远红外器件，其特征在于，第一电极层中，纳米级导电膜的材质为石墨、铂、氧化铟锡或掺氟氧化锡中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电致调控可见
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近红外
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中远红外器件，其特征在于，所述的液相电解质层为金属盐溶于有机溶剂所得的溶液，组分包括有机溶剂、第一类金属离子、第二类金属离子和卤素离子；所述的凝胶相电解质层为金属盐、有机溶剂和高分子形成的凝胶，组分包括高分子、有机溶剂、第一类金属离子、第二类金属离子和卤素离子。5.根据权利要求4所述的电致调控可见
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近红外
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中远红外器件，其特征在于，有机溶剂包括丙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、二甲基亚砜或乙烯碳酸酯中的至少一种；第一类金属离子为可电沉积的金属离子，包括Ag
+
、Cu
2+
、Ni
2+
、Bi
3+
或Zn
2+
中的至少一种；第二类金属离子为可进行电致变色的金属离子，包括Li
+
、Na
+
、Mg
2+
或Al
3+
中的至少一种；卤素离子包括F
‑
、Cl
‑
、Br
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或I
‑
中的至少一种；高分子包括聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯中的至少一种。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涌，曾宇，程子强，韩高荣，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：