【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种凝胶基电致变色器件及其制备方法，属于化工材料合成和功能材料 。
技术介绍
1、能源是维持国家经济持续发展、保障人民物质生活水平的重要基础。如今，能源短缺、环境污染等问题日益严峻，科学家在开发新能源的同时也在努力寻找节能降耗的方法。电致变色器件及技术主要应用于节能建筑玻璃、其他移动体车窗上、汽车防眩后视镜、显示屏、电子纸、隐身伪装等领域。low-e是一种低辐射玻璃，工作原理是反射大部分的红外 线，减少进入室内的热量。中空玻璃是减少室内外的热交换。其目的都是减少室内制冷能 耗。但是这两种窗户以及他们的组合都仅仅是有利于降温，而不能调控。即，冬天寒冷的时 候，热量依然难以进入室内。
2、传统电致变色器件主要有五层薄膜组成、包括两层透明导电层、离子储存层、电致变色层、以及离子传导层。其中，离子储存层辅助电致变色层在第一，第二导电层上施加低电压实现电致变色反应。离子传导层是提供锂离子及扩散薄膜层，担负着电场作用下确保离 子传导率，其结构与制备工艺是保证器件电致变色性能的最重要的技术之一。
3、电致变色器件可按离子传导层的状态可分为三种，分别为：液态电致变色器件，凝胶态电致变色器件以及全固态电致变色器件。液态电致变色器件中离子迁移过程中的阻力较 小，离子导电率高，电致变色速度快，透明度高，且制备方式简单、易于灌装；但是存在漏液、腐蚀、分布不均等问题，要求极高、极精细的灌装密封技术。随着电致变色反应的来回循环，电解液的离子浓度趋于不稳定，造成电致变色器件性能严重减弱；酸性电解质中的 h+离子对电致变色
4、此外，有机电解质使用安全性差，如liclo4容易爆炸，不适合长期储存运输，且有机溶剂不耐高温、化学稳定性差，存在器件着色不均匀等问题。凝胶态电致变色器件采用将某些导电聚合物加入液体离子传导层中形成的凝胶态离子传导层，凝胶态(准固态)离子传导 层介于固态和液态之间，其离子电导率高于液态电解质，具有优良的柔性和粘附性，可以降 低器件受到外力破坏时玻璃等硬性物质飞溅造成的伤害，但是其机械强度和均匀一致性较 差，无法满足大尺寸工业化生产的条件。全固态电致变色器件结构稳定、具有良好的抗水氧 和紫外辐照的能力，可以避免上述液态和准固态器件的缺点。然而，固态离子传导层受限于 传导离子含量少，离子电导率较低和离子传导速率慢，存在调节幅度低、变色速度慢和循环 寿命短等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中液态电致变色器件存在漏液、腐蚀、分布不均的问题和全固态电致 变色器件存在传导离子含量少，离子电导率较低和离子传导速率慢的问题，本专利技术的目的在 于提供一种高性能凝胶基电致变色器件及其制备方法。
2、一方面，本专利技术提供了一种凝胶基电致变色器件，包括依次层叠的第一透明电极层、电致变色层、凝胶电解质层和第二透明电极层；所述凝胶电解质层是以碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)和乙二醇二甲醚(dme)中的至少一种作为溶剂(1.低熔点、高沸点、低蒸气压，使工作温度范围广；2.高介电常数和低粘度，使得离子具有较好的迁移能力)，阳离子盐为溶质，利用氨基单体和环氧基团单体之间官能团的反应形成有机凝胶电解质层；优选地，所述氨基单体和环氧基团单体之间反 应的平均官能度＞2。其中，氨基与环氧基团之间的反应类似环氧树脂，形成大量的氢键， 因而分子极性强，分子内聚力高，使得凝胶具有优异的强度。
3、本公开中，开发的新型凝胶态电致变色器件，预先制备凝胶夹层，由于凝胶中的电解液不能自由移动，凝胶完全固化之后离子迁移率降低，溶剂封存在交联的聚合物网络中，相比之下离子具有明显提高的迁移速率和降低的在迁移过程中与缺陷复合的可能性，使得器 件的循环稳定性和响应速度显著增加。本专利的凝胶电解质并非是完全固化的电解质。本专 利中设计的溶剂凝胶是在凝胶网络中填充的液态溶剂，溶剂由于凝胶网络的束缚不能自由移 动，然而阳离子却能在网络孔道之间穿梭，使得器件中的阳离子相比于凝胶固态电解质具有 明显优异的迁移速度，因而器件具有极佳的响应速度和循环稳定性。此外，溶剂凝胶电解质 能够避免液态电解质漏液的风险，提高了器件的安全稳定性。
4、因此避免了液态器件不稳定的问题。同时，阳离子盐中阳离子可以在凝胶网络中填充的电解 液之间快速迁移，避免了全固态电致变色器件传导离子含量少、离子电导率较低和离子传导 速率慢的问题。因此，本专利技术开发的新型凝胶基电致变色器件具有优异的电致变色性能。
5、较佳的，所述阳离子盐为li盐、na盐、al盐、mg盐和cs盐中的至少一种，优选 选自高氯酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等中的至少一种，更优选为高氯酸锂、高氯酸钠、 高氯酸铝、高氯酸镁、高氯酸铯中的至少一种。
6、较佳的，所述氨基单体中的氨基数目＞2，优选选自乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、己二胺、间苯二胺中的至少一种；所述环氧基团单体中的环氧基团数目＞2，优选选自双酚a二缩水甘油醚、三缩水甘油基对氨基苯酚、三缩水甘油基三聚异氰酸酯、四缩 水甘油基二氨基二苯基甲烷、四缩水甘油基二苯基二胺中的至少一种。
7、较佳的，所述氨基单体中的氨基数目和环氧基团单体中的环氧基团数目的比为1：(0.5～2)，优选1：1。优选比例单体1:1时，才能完全反应，形成均匀交联的凝胶网络， 其中一个单体含量过多或者过低，都易导致交联不足。
8、较佳的，所述氨基单体和环氧基团单体的总质量与溶剂的质量比为1：(10～20)；所 述阳离子盐和溶剂的比值为(0.5mol～2mol)：1l，优选为优选为1mol/l。其中，凝胶单体相比溶剂过多，则导致凝胶的孔径减小，离子含量降低，使得器件的综合性能减弱；凝胶单体相比溶剂过少，则导致凝胶的孔径增大，凝胶网络强度降低，不利于器件的循环稳定性。
9、较佳的，所述凝胶电解质层的厚度为20～1000μm。
10、较佳的，所述电致变色层的材质为wo3-x(0＜x≤0.3，优选0.02≤x≤0.3)、moo3、tio2、pedot和普鲁士蓝中的至少一种；所述电致变色层的厚度为50～500nm。
11、较佳的，所述第一透明电极层选自fto导电层、ito导电层、azo导电层或ato 导电层中的至少一种；所述第二透明电极层选自fto导电层、ito导电层、azo导电层或 ato导电层中的至少一种。
12、另一方面，本专利技术提供了一种上述凝胶基电致变色器件的制备方法，所述凝胶电解 质层的制备方法包括：
13、(1)将阳离子盐溶解在溶剂，得到阳离子盐溶液；
14、(2)在阳离子盐溶液中加入氨基单体和环氧基团单体并混合，在40～60℃进行凝胶反应完 全，得到凝胶电解质层。
15、较佳的，在凝胶反应完全之前，将第二透明电极层和电致变色层/第一透明电极层封 装在凝胶电解质层上下表面，得到所述凝胶基电致变色器件。相比现有电致变色器件的制备 方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种凝胶基电致变色器件，其特征在于，包括依次层叠的第一透明电极层、电致变色层、凝胶电解质层和第二透明电极层；所述凝胶电解质层是以碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和乙二醇二甲醚(DME)中的至少一种作为溶剂，阳离子盐为溶质，利用氨基单体和环氧基团单体之间官能团的反应形成有机凝胶电解质层；优选地，所述氨基单体和环氧基团单体之间反应的平均官能度＞2。
2.根据权利要求1所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述阳离子盐为Li盐、Na盐、Al盐、Mg盐和Cs盐中的至少一种，优选选自高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸铝、高氯酸镁、高氯酸铯、氯化铝、氯化钠、氯化锂、硝酸锂、硝酸钠、硝酸铝、硫酸镁、硫酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述氨基单体中的氨基数目＞2，优选选自乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、己二胺、间苯二胺中的至少一种；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述氨基单体中的氨基数目和环氧基团单体中的环氧基团数目的比
5.根据权利要求1-4中任一项所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述氨基单体和环氧基团单体的总质量与溶剂的质量比为1：（10～20）；所述阳离子盐和溶剂的比值为（0.5moL～2moL）：1L。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述凝胶电解质层的厚度为20～1000μm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层的材质为WO3-x、MoO3、TiO2、PEDOT和普鲁士蓝中的至少一种；所述电致变色层的厚度为50～500 nm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述第一透明电极层选自FTO导电层、ITO导电层、AZO导电层或ATO导电层中的至少一种；所述第二透明电极层选自FTO导电层、ITO导电层、AZO导电层或ATO导电层中的至少一种。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的凝胶基电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述凝胶电解质层的制备方法包括：
10.根据权利要求9所述的凝制备方法，其特征在于，在凝胶反应完全之前，将第二透明电极层和电致变色层/第一透明电极层封装在凝胶电解质层上下表面，得到所述凝胶基电致变色器件。
...【技术特征摘要】
1.一种凝胶基电致变色器件，其特征在于，包括依次层叠的第一透明电极层、电致变色层、凝胶电解质层和第二透明电极层；所述凝胶电解质层是以碳酸丙烯酯、碳酸乙烯脂、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)和乙二醇二甲醚(dme)中的至少一种作为溶剂，阳离子盐为溶质，利用氨基单体和环氧基团单体之间官能团的反应形成有机凝胶电解质层；优选地，所述氨基单体和环氧基团单体之间反应的平均官能度＞2。
2.根据权利要求1所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述阳离子盐为li盐、na盐、al盐、mg盐和cs盐中的至少一种，优选选自高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸铝、高氯酸镁、高氯酸铯、氯化铝、氯化钠、氯化锂、硝酸锂、硝酸钠、硝酸铝、硫酸镁、硫酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述氨基单体中的氨基数目＞2，优选选自乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、己二胺、间苯二胺中的至少一种；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的凝胶基电致变色器件，其特征在于，所述氨基单体中的氨基数目和环氧基团单体中的环氧基团数目的比为1：（0.5～2），优选1：1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹逊，黄爱彬，朱丹丹，季晓炜，金平实，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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