本发明专利技术公开了一种用于在组装的固态器件内部或外部形成共轭聚合物的简便方法。一种方法通常涉及向器件施加电压，所述器件包含至少两个电极、设置在所述电极之间的电解质组合物与电活性单体的组合、和与所述至少两个电极电连接的电势源；其中所述施加电压使所述电活性单体聚合成共轭聚合物。还公开了由所述方法制备的电致变色制品和包含电解质组合物与共轭聚合物的复合物的固态器件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于电致变色器件领域，更具体地说，属于利用在组装的固态器件内部或外部形成的共轭聚合物的电致变色器件领域。
技术介绍
电致变色器件是自足式双电极(或更多个电极)电解池，其包含电解质和一种或更多种电致变色材料。电致变色材料可以是有机的或无机的，并且当对所施加电势作出响应而被氧化或还原时可逆地改变可见颜色。因此构造电致变色器件以在电极上施加电场后通过光的透射、吸收或反射来调制入射的电磁辐射。用于所述器件的电极和电致变色材料取决于器件类型，即吸收/透射或吸收/反射。吸收/透射电致变色器件通常通过使电致变色材料在着色态和漂白(无色)态之间进行可逆转换来运行。用于这些器件的典型电致变色材料包括铟掺杂氧化锡(ITO)、氟掺 纳米管(SWNT)。已经使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材层、作为工作电极的ITO透明层、以及作为对电极的PED0T-PSS第三层构造了这种类型的示例性电致变色器件。吸收/反射型电致变色器件通常包含反射金属作为电极。将电致变色材料放置在电极上并且面朝外，以使得入射光从电致变色材料/电极表面反射出来。对电极在活性电极后面。这些反射器件中可以使用相似的电极和电致变色材料，特别是ITO和PED0T-PSS。利用电致变色聚合物的常规构造的电致变色器件具有在顶部组装有电极的独立电致变色聚合物层。在两个电极之间使用它们之间的电解质组装器件，以实现氧化还原活性的电致变色聚合物所必需的离子穿梭。该电解质经常交联成凝胶。在使用电致变色聚合物(如PED0T)制备上述电致变色器件的常规方法中，在器件组装之前使电致变色聚合物形成独立薄膜。制备所述薄膜的典型方法是由溶液等通过电沉积、旋铸或喷铸进行。使用电沉积的缺点包括使用昂贵且浪费的电解质浴液(bath)、需要频繁更换浴液中的有机盐和溶剂、以及需要妥善处理废浴液。还已知电沉积方法的产率低。除电沉积之外的另一些方法涉及复杂的合成以产生可溶型的电致变色聚合物，然后这些聚合物可被铸塑并组装在器件中。可将所谓的前体聚合物用于铸塑方法中，然后转化为其电致变色配对物。但是，这种方法仍然涉及在器件组装之前首先制备电致变色聚合物膜。本领域中仍然需要制备电致变色器件的方法。也仍然需要具有改善性能的电致变色器件。
技术实现思路
在一个实施方案中，一种形成固态器件的方法包括向器件施加电压，所述器件包含至少两个电极、电解质组合物与电活性单体的组合、以及与所述至少两个电极电连接的电势源(potential source),所述组合被设置在所述至少两个电极之间；其中所述施加电压使所述电活性单体聚合以形成包含共轭聚合物和电解质组合物的复合物。在一个实施方案中，一种形成固态器件的方法包括向器件施加电压，所述器件包含至少两个电极、交联的凝胶电解质组合物与电活性单体的组合、以及与所述至少两个电极电连接的电势源，所述组合被设置在所述至少两个电极之间；其中所述施加电压使所述电活性单体聚合以形成包含共轭聚合物和交联的凝胶电解质组合物的复合物。在另一个实施方案中，一种固态器件包含至少两个电极、和设置在所述至少两个电极之间的复合物，所述复合物包含共轭聚合物和电解质组合物；其中所述复合物通过在包含所述电解质组合物与电活性单体的组合中的电活性单体的原位聚合形成。在另一个实施方案中，固态器件包含至少两个电极、和设置在所述至少两个电极之间的复合物，所述复合物包含共轭聚合物和交联的凝胶电解质组合物；其中所述复合物通过在包含所述交联的凝胶电解质组合物与电活性单体的组合中的电活性单体的原位聚 合形成，其中所述共轭聚合物不形成为独立的膜。附图说明附图中的组件不一定按比例，而是强调着重于清楚阐明本文所述实施方案的原理。此外，在附图中，贯穿几个视图相同的附图标记指相同部分。图I是在组装的固态器件内部使电活性单体原位聚合成共轭导电的电致变色聚合物的方法的原理图。图2示出包含原位形成的PEDOT的器件的UV-Vis-NIR谱氧化态㈧和中性态(B)(明视觉对比度(photopic contrast) 40% )。图3示出聚(BTD-co-EDOT)器件的分光电化学，实线=中性态(OV);虚线=氧化态(3V)。图4⑷示出Ag线作为参比电极的原位PEDOT器件。图4(B)示出在转化过程期间1500nm处的吸光度以及Ag线作为参比电极的原位PEDOT器件所消耗的电荷。图4(C)示出转化之后，Ag线作为参比电极的原位PEDOT器件转换的计时库仑法。图5(A)_(D)示出经喷墨图案化的原位电致变色器件的图像。专利技术详述本文公开了一种形成固态器件的简便的、成本有效的和可工业规模化的方法，所述固态器件包含通过电活性单体原位聚合的共轭聚合物。本文所使用的共轭聚合物是电致变色聚合物、电活性聚合物或导电聚合物的同义词。通过向器件施加电压以使包含电解质组合物与电活性单体的组合的混合物中存在的电活性单体聚合，从而在所述器件内部形成共轭聚合物。可以在施加通过电化学聚合实现共轭聚合物形成的电压之前完整地组装器件。这种方法避免了制备这种固态器件(例如，电致变色器件(Era))所需的许多常用工艺步骤。所避免的这些步骤包括在基材上形成共轭聚合物的独立薄膜、形成用于电沉积的电解质浴液、处理电解质浴液，等等。也不需要用于器件组装的特殊工艺步骤、用于共轭聚合物制备的特殊合成步骤，并且因为未使用包含溶剂和有机盐的电解浴液，所以大大避免了化学品浪费。本文还公开了通过该方法制备的固态器件。制备器件只需要包含电活性单体与电解质组合物的组合的混合物。与经由电化学沉积制备的常规形成的共轭聚合物膜(之后用于形成组装的器件)不同，共轭聚合物不形成独立薄膜，而是与电解质组合物形成聚合物复合物。例如，当使用凝胶电解质时，共轭聚合物与凝胶电解质基质形成复合物。通过这种方法可形成多种复杂掺合物。可以制备的示例性固态器件包括ECD、有机薄膜晶体管(OTFT)、有机发光二级管(OLED)、太阳能电池和有机光伏电池(OPV)、下文另外描述的器件、和另一些固态器件。该方法的另一个优点在于，它可通过选择可溶解或分散电活性单体的适当电解质组合物而使用固体或液体电活性单体进行。另一些优点包括易于通过多种电活性单体共聚得到的颜色混合进行颜色调控。另一个优点在于当使用原位聚合时，特别是当电化学单体在交联电解质基质与电活性单体的复合物内进行电聚合时，形成较高的明视觉对比度。不希望受缚于理论，假设较高明视觉对比度的形成是由于共轭聚合物链之间的堆积较少，其由聚合物复合物的物理构象引起。因此使链间相互作用分散，并且在氧化(导电、漂白)态时导致了空穴(缺少电子)的链间移动性较少，这意味着在氧化态时低能吸收较少，进而有助于在氧化态时吸收可见光，并最终观察到较高的明视觉对比度。 当使用原位聚合时，出乎意料的是，因为整个电极表面上存在的交联的凝胶电解质好像是壁垒，所以可以在组装的密封器件中制备共轭聚合物的任选均匀层。但是，根据该方法使用凝胶电解质内的单体制备的器件表现出空前的均匀性。这种均匀性是因为在基质中形成了上述复合物。在一个实施方案中，一种制造固态器件的方法包括提供一种器件，其包含至少两个电极、设置在所述电极之间的电解质组合物与电活性单体的组合、以及与所述至少两个电极电连接的电势源；和向所述器件施加电压以使所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：格里戈里·A·索特青，迈克尔·安东尼·因韦尔纳莱，
申请(专利权)人：康涅狄格大学，
类型：
国别省市：
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