【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双离子协同工作的长寿命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、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。然而全固态电致变色器件因其离子迁移速度较低导致响应速度慢，限制了其应用领域。另一方面，全固态电致变色器件多次循环之后容易着色不均匀，难以设计制备大尺寸器件。相比于单一离子的器件，双离子工作的器件呈现明显的优势，包括更好的调节能力，响应速度，以及更低的驱动电压带来的更好的循环稳定性。因此设计双离子甚至多离子协
技术实现思路
1、针对“现有双离子工作的电致变色器件循环过程中，易发生离子迁移速度引起的复合，从而导致器件的循环稳定性降低”的技术问题，本专利技术提供了一种双离子协同工作的长寿命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双离子协同工作的长寿命电致变色器件及其制备方法，包括依次层叠设置的第一透明电极层、无机电致变色层、电解质层、凝胶基离子存储层和第二透明电极层；所述电解质层的材料为铝盐、优选为硅酸铝、磷酸铝、硼酸铝、高氯酸铝、氯化铝中的至少一种；所述凝胶基离子存储层为含锂盐的凝胶基固态电解质。
3、本专利中将分别含有一种迁移离子的电介质层和离子存储层串联起来，利用阳离子“解锁效应”实现双离子协同迁移。这种离子迁移方式能够实现两种离子迁移比例的固定，使得器件的循环稳定性显著上升。因此，本专利设计串联结构的al和li作为协同迁移离子，相比传统的硅酸铝锂等材料，本专利技术能够可控调节al和li的比例，实现电致变色器件响应速度和调节能力整体提高。
4、较佳的，所述无机电致变色层的材料为wo3、moo3和tio2中的至少一种；所述无机电致变色层的厚度为100～500nm。
5、较佳的，所述电解质层的厚度为50～300nm。
6、较佳的，所述凝胶基离子存储层的厚度为20～80μm；所述锂盐为氯化锂、高氯酸锂、磷酸锂、硅酸锂和lipon中的至少一种。
7、又，较佳的，所述凝胶基离子存储层中还含有镁盐，所述镁盐选自氯化镁、高氯酸镁、磷酸镁和硅酸镁中的至少一种；所述锂盐和镁盐的摩尔比为1：(0.05～0.2)。此外，本专利在电解质中加入适量的mg2+，研究表明mg2+与li+在凝胶电解质中容易形成二合离子，不仅能够提升锂离子的迁移速度，还能避免锂离子与缺陷复合。具体地，mg2+与电解质层中的长链耦合，被固定长链之间，其半径和li+接近，并且具有更高的离子极化性能，能够调节电解质中锂离子的配位环境，从而促进锂离子与阴离子的解离，从而增加了锂离子的迁移速度和效率。li/mg共掺中，若mg2+离子的比例过低，则不能充分的促进li+的快速迁移，若mg2+离子的比例过高，则会影响树脂中li离子的总量，过量的mg离子将会占据li的位置，并且过量mg2+还有可能脱离树脂的束缚，进入电致变色层中，影响器件的综合性能。此外，mg2+能够促进li+与阴离子和电解质链的快速解离和迁移，但是mg2+因为电负性更高被固定在电解质层中，因此不参与al3+的迁移。
8、较佳的，所述第一透明电极层和第二透明电极层的材料独立地选自透明导电氧化物、金属纳米线中至少一种；所述第一透明电极层和第二透明电极层的方阻为10～40ω/cm2，透过率≥75％。
9、另一方面，本专利技术提供了一种上述双离子协同工作的长寿命电致变色器件的制备方法，所述凝胶基离子存储层的制备方法包括：
10、(1)按1：(1～3)：(0.05～0.2)：(0.5～2)：(1～3)的摩尔比称量光固化树脂、溶剂、稳定剂、有机前驱体和阳离子盐并避光搅拌直至完全溶解，得到混合溶液1；
11、(2)将混合溶液中加入镁盐和引发剂，得到混合溶液2，且镁盐的阴离子与锂盐的阴离子相同；
12、(3)将所得混合溶液2经旋涂后，在紫外灯下光固化，得到凝胶基离子存储层。
13、较佳的，所述光固化树脂选自泰特尔tta21、l-6206、l-6380h、l-6605中的至少一种；所述溶剂为pma、nmp、mdbe和emc中的至少一种；
14、所述稳定剂为过渡金属有机化合物，优选为二茂铁及其衍生物，优选为二茂铁、二茂猛、乙烯基二茂铁；
15、所述有机前驱体包括酸酯类化合物，优选为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯etpta、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。
16、所述旋涂的转速为1000～3000转/分钟，时间为10s～60s
17、所述光固化处理为在100～300w的紫外灯照射5秒～30秒。
18、较佳的，所述混合溶液2中还包含流平剂、附着力促进剂和消泡剂中的至少一种；
19、所述流平剂选自byk333、byk358n、byk306和byk378中的至少一种，加入量为前驱体总质量的0.5～2％；
20、所述附着力促进剂选自byk4500、byk4509、byk4510、byk4511中的至少一种，加入量为前驱体总质量的0.05～0.2％；
21、所述消泡剂选自byk011、byk012和byk014中的至少一种，加入量为前驱体总质量的0.1～0.5％。
22、较佳的，采用磁控溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、旋涂、喷涂或者提拉法在第一透明电极层的表面制备无机电致变色层。
23、有益效果：
24、1、本专利技术设计串联结构的al和li作为协同迁移离子，相比传统的硅酸铝锂等材料，本专利技术能够可控调节al和li的比例，实现电致变色器件响应速度和调节能力整体提高；
25、2、本专利技术涉及的材料在地球上丰度较高，因而成本相比钽酸锂，铌酸锂等常规本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，包括依次层叠设置的第一透明电极层、无机电致变色层、电解质层、凝胶基离子存储层和第二透明电极层；
2.根据权利要求1所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述无机电致变色层的材料为WO3、MoO3和TiO2中的至少一种；所述无机电致变色层的厚度为100～500 nm。
3.根据权利要求1所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述电解质层的厚度为50～300 nm。
4.根据权利要求1所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述凝胶基离子存储层的厚度为20～80μm；所述锂盐为氯化锂、高氯酸锂、磷酸锂、硅酸锂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述凝胶基离子存储层中还含有镁盐，所述镁盐选自氯化镁、高氯酸镁、磷酸镁、硅酸镁硝酸镁、硫酸镁、磷酸镁和硅酸镁中的至少一种；所述锂盐和镁盐的摩尔比为1：（0.05 ～0.2）。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的双离子协同工作的长寿命
7.一种权利要求1-6中任一项所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件的制备方法，其特征在于，所述凝胶基离子存储层的制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光固化树脂选自泰特尔TTA21、L-6206、L-6380H、L-6605中的至少一种；
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液2中还包含流平剂、附着力促进剂和消泡剂中的至少一种；
10.根据权利要求7-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、旋涂、喷涂或者提拉法在第一透明电极层的表面制备无机电致变色层。
...【技术特征摘要】
1.一种双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，包括依次层叠设置的第一透明电极层、无机电致变色层、电解质层、凝胶基离子存储层和第二透明电极层；
2.根据权利要求1所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述无机电致变色层的材料为wo3、moo3和tio2中的至少一种；所述无机电致变色层的厚度为100～500 nm。
3.根据权利要求1所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述电解质层的厚度为50～300 nm。
4.根据权利要求1所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述凝胶基离子存储层的厚度为20～80μm；所述锂盐为氯化锂、高氯酸锂、磷酸锂、硅酸锂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的双离子协同工作的长寿命电致变色器件，其特征在于，所述凝胶基离子存储层中还含有镁盐，所述镁盐选自氯化镁、高氯酸镁、磷酸镁、硅酸镁硝酸镁、硫酸镁、磷酸镁和硅酸镁中的至少一种；所述锂盐和镁盐的摩尔比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹逊，黄爱彬，徐放，季晓炜，
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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