【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电致变色材料制备，具体涉及一种紫精/低共熔溶剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、电致变色材料的特征是在外加电压的刺激下，材料发生持久稳定并且可逆的结构与光学性能的变化，调控太阳光的透过率，宏观上表现为颜色变化，基于电致变色材料构建的器件称为电致变色器件。电致变色技术已在多种领域获得应用，可应用于建筑物门窗以减少建筑电能消耗，提高室内舒适度；应用于飞机、汽车等载具的舷窗、玻璃等以控制载具内的温度，满足乘客需求；应用于汽车后视镜防止眩光；应用于电子器件的显示器完成显示功能等等。
2、紫精是研究最为广泛的电致变色材料之一。紫精化合物结构为n,n'-二取代-4,4'-联吡啶阳离子盐，是由共轭双吡啶环组成的功能性有机电致变色材料，由4,4'-联吡啶衍生而来的一系列季吡啶盐统称为紫精。紫精吡啶环上的n原子的电子很容易发生转移，使紫精呈现三种氧化还原状态，双阳离子态(v2+)、自由基阳离子(v+·)和中性状态(v0)。常态下紫精处于双阳离子态(v2+)，稳定且呈现无色透明的状态；当双阳离子被还原为自由基阳离子态时，自由基电子在紫精的共轭π键骨架上离域，分子内n+与n·之间强烈的光电转移现象使得紫精的颜色发生明显变化，着色达到最深并且可稳定存在；自由基阳离子被进一步还原为中性状态后，由于不存在可见光谱范围内的光电荷转移，着色较浅。在施加电压的情况下，紫精可在三种氧化还原态之间可逆切换。
3、近年来，电致变色器件中广泛使用的电解质主要有水溶液或非水有机溶液，非水有机溶液包括n,n'-二甲基甲酰胺、乙腈、二甲
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于进一步改进电致变色材料的性能，提供一种紫精/低共熔溶剂及其制备方法与应用。所述的紫精/低共熔溶剂将季铵盐基团取代的紫精衍生物与三元低共熔溶液混合后制备成电致变色材料，将其应用在电致变色器件中具有透过率调节能力更强、相变颜色更加丰富的特性，可满足不同场景下对太阳光透过率、隐私保护、颜色舒适度等的多方面需求。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、本专利技术提供了一种紫精/低共熔溶剂，所述紫精/低共熔溶剂包括季铵盐基团取代的紫精衍生物和三元低共熔溶剂；所述的季铵盐基团取代的紫精衍生物为双丁基4,4'-联吡啶、丁基-三甲基溴丙基4,4'-联吡啶或丁基-三乙基溴丙基4,4'-联吡啶中的任意一种或多种；所述的三元低共熔溶剂选自含有氯化胆碱、乙二醇、丙三醇的三元低共熔混合物，或含有氯化胆碱、乙二醇、丙烯酰胺的三元低共熔混合物。
4、所述紫精/低共熔溶剂中季铵盐基团取代的紫精衍生物和低共熔溶剂中氯化胆碱的摩尔比为1：10-20。
5、可选的，所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱：乙二醇：丙三醇按摩尔比1：1-3：1-3混合；或三元低共熔溶剂为氯化胆碱：丙烯酰胺：乙二醇按摩尔比1：1：2-3混合。
6、本专利技术还提供了一种紫精/低共熔溶剂的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
7、(1)将碘丁烷乙腈溶液缓慢加入到4,4'-联吡啶乙腈溶液中恒温状态下反应，使用乙醚洗涤后获得单取代联吡啶，将单取代联吡啶进行二次取代为双取代联吡啶盐；将单取代联吡啶或双取代联吡啶盐与稍过量的卤代烷烃共同溶解于溶于极性有机溶剂中，氮气氛围保护下搅拌反应，产物用乙醚洗涤、真空干燥后获得季铵盐基团取代的紫精衍生物；
8、(2)氯化胆碱与两种氢键供体材料混合后恒温反应获得三元低共熔溶剂；
9、(3)将步骤(1)获得的季铵盐基团取代的紫精衍生物与羟乙基二茂铁共同加入到步骤(2)得到的三元低共熔溶剂中，超声搅拌至形成均质透明的紫精/低共熔溶剂。
10、可选的，步骤(1)所述碘丁烷乙腈溶液的浓度为0.5mol/l，所述4,4'-联吡啶乙腈溶液的浓度为0.25-0.5mol/l。
11、可选的，步骤(1)所述二次取代为：将单取代联吡啶1mmol与1-溴-3-氯丙烷1mmol溶解于乙腈中，氮气氛围保护，30℃恒温水浴搅拌反应48h，生成双取代联吡啶盐。
12、步骤(1)所述恒温状态下反应为：水浴恒温60-80℃反应24h-72h。
13、步骤(1)所述卤代烷烃可选自正碘丁烷、1-溴-3-氯丙烷或溴丙基三甲基溴化铵；所述有机溶剂为乙腈或n,n'-二甲基甲酰胺。
14、步骤(1)所述搅拌反应为：油浴恒温90℃-95℃搅拌反应4h-8h。
15、步骤(2)所述的两种氢键供体材料选自乙二醇和丙三醇，或乙二醇和丙烯酰胺。
16、步骤(2)所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱、乙二醇与丙三醇或丙烯酰胺的三元低共熔混合物；可选的，所述氯化胆碱、乙二醇与丙三醇的摩尔比为1：1-3：1-3；所述氯化胆碱、乙二醇与丙烯酰胺的摩尔比为1：2-3：1。
17、步骤(2)所述恒温反应为：60℃-95℃恒温水浴搅拌1-2h。
18、步骤(3)所述季铵盐基团取代的紫精衍生物、羟乙基二茂铁与三元低共熔溶剂的用量比为0.1mmol/l：0.1mmol/l：1-20ml。
19、步骤(3)所述超声的时间为10-30min，所述搅拌的时间为20-120min。
20、本专利技术还提供了一种如上所述紫精/低共熔溶剂作为电致变色材料在电致变色器件制备领域中的应用。
21、本专利技术还提供了一种电致变色器件，所述的电致变色器件为三明治结构，在两层透明导电基底层之间包含有如上所述的紫精/低共熔溶剂作为电解质/电致变色层；透明导电基底可连接至外加电源。
22、可选的，所述的透明导电层为ito或fto层。
23、可选的，所述透明导电基底层需预处理，所述的预处理为使用食人鱼溶液、紫外臭氧或氧等离子体处理1h后，用丙酮、乙醇、去离子水清洗，60℃烘箱干燥固化干燥12-24h。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
25、本专利技术通过n-烷基化反应在侧链上引入不同的季铵盐基团合成紫精衍生物，将其作为氢键供体材料与乙二醇、氯化胆碱或丙三醇等氢键供体材料、氯化胆碱(氢键受体材料)一同构建组成新型多元低共熔溶剂——紫精/低共熔溶剂。不同的侧链基团赋予紫精衍生物多变的颜色变化、更强的太阳光调制能力，所制备的电致变色器件可在3至4种或更多颜色之间可逆切换，着色态几乎完全不透光，可满足用户在不同场景下对太阳光透过率、隐私、颜色舒适度等的多方面要求。本专利技术代替传统的水系、有机系电解质溶液，具有透过率调节能力更强、相变颜色更加丰富、无需添加额外电解质、价格低廉、毒性低、循环稳定性高等优点，具有极高的商业推广价值。
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1.一种紫精/低共熔溶剂，其特征在于，所述的紫精/低共熔溶剂包括季铵盐基团取代的紫精衍生物和三元低共熔溶剂；所述的季铵盐基团取代的紫精衍生物为双丁基4,4'-联吡啶、丁基-三甲基溴丙基4,4'-联吡啶或丁基-三乙基溴丙基4,4'-联吡啶；所述的三元低共熔溶剂为氯化胆碱、乙二醇与丙三醇或丙烯酰胺的三元低共熔混合物。
2.根据权利要求1所述的紫精/低共熔溶剂，其特征在于，所述紫精/低共熔溶剂中季铵盐基团取代的紫精衍生物和低共熔溶剂中氯化胆碱的摩尔比为1：10-20；所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱：乙二醇：丙三醇按摩尔比1：1-3：1-3混合；或氯化胆碱：丙烯酰胺：乙二醇按摩尔比1：1：2-3混合。
3.一种紫精/低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述碘丁烷乙腈溶液的浓度为0.5mol/L，所述4,4'-联吡啶乙腈溶液的浓度为0.25-0.5mol/L；所述二次取代为：将单取代联吡啶1 mmoL 与1-溴-3-氯丙烷1 mmoL溶解于乙腈中，氮气氛围保护，30 ℃恒
5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述卤代烷烃可选自正碘丁烷、1-溴-3-氯丙烷或溴丙基三甲基溴化铵；所述有机溶剂为乙腈或N,N'-二甲基甲酰胺；所述搅拌反应为：油浴恒温90℃-95 ℃搅拌反应4 h-8h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的两种氢键供体材料选自乙二醇和丙三醇，或乙二醇和丙烯酰胺。
7. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱、乙二醇与丙三醇或丙烯酰胺的三元低共熔混合物；可选的，所述氯化胆碱、乙二醇与丙三醇的摩尔比为1：1-3：1-3；所述氯化胆碱、乙二醇与丙烯酰胺的摩尔比为1：2-3：1；所述恒温反应为：60℃-95℃恒温水浴搅拌1 -2h。
8. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述季铵盐基团取代的紫精衍生物、羟乙基二茂铁与三元低共熔溶剂的用量比为0.1 mmoL/L：0.1 mmoL/L：1-20mL；所述超声的时间为10-30 min，所述搅拌的时间为20-120 min。
9.根据权利要求1-2任一项所述的紫精/低共熔溶剂作为电致变色材料在电致变色器件制备领域中的应用。
10.一种电致变色器件，其特征在于，所述的电致变色器件为三明治结构，在两层透明导电基底层之间包含有如权利要求1-2任一项所述的紫精/低共熔溶剂作为电解质/电致变色层；透明导电基底连接至外加电源。
...【技术特征摘要】
1.一种紫精/低共熔溶剂，其特征在于，所述的紫精/低共熔溶剂包括季铵盐基团取代的紫精衍生物和三元低共熔溶剂；所述的季铵盐基团取代的紫精衍生物为双丁基4,4'-联吡啶、丁基-三甲基溴丙基4,4'-联吡啶或丁基-三乙基溴丙基4,4'-联吡啶；所述的三元低共熔溶剂为氯化胆碱、乙二醇与丙三醇或丙烯酰胺的三元低共熔混合物。
2.根据权利要求1所述的紫精/低共熔溶剂，其特征在于，所述紫精/低共熔溶剂中季铵盐基团取代的紫精衍生物和低共熔溶剂中氯化胆碱的摩尔比为1：10-20；所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱：乙二醇：丙三醇按摩尔比1：1-3：1-3混合；或氯化胆碱：丙烯酰胺：乙二醇按摩尔比1：1：2-3混合。
3.一种紫精/低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述碘丁烷乙腈溶液的浓度为0.5mol/l，所述4,4'-联吡啶乙腈溶液的浓度为0.25-0.5mol/l；所述二次取代为：将单取代联吡啶1 mmol 与1-溴-3-氯丙烷1 mmol溶解于乙腈中，氮气氛围保护，30 ℃恒温水浴搅拌反应48 h，生成双取代联吡啶盐；所述恒温状态下反应为：水浴恒温60-80 ℃反应24 h-72 h。
5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述卤代烷烃可选自正碘...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕，刘锦华，俞荣鹏，李怡然，黄钦涯，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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