一种柔性电致变色器件及其制作方法

摘要

本发明提供一种柔性电致变色器件及其制作方法，柔性电致变色器件包括导电层、变色层和导电凝胶层，导电层无衬底且可自由弯折，变色层设置在导电层上方，导电凝胶层设置在变色层的上方。本发明提供的一种柔性电致变色器件及其制作方法，一方面，通过使用没有衬底的网格结构作为导电层，使得柔性电致变色器的厚度低于现有电致变色器件，提高了电致变色器件的导电性和整体透过率，降低了制造成本；另一方面，本发明采用没有衬底的网格结构作为导电层，配合导电凝胶层，能够实现远高于现有电致变色器件的弯折程度。另外，导电凝胶层自身具有粘性，可以粘附在大多数物体表面，实现了电致变色器件的可贴敷功能。

权利要求

1.一种柔性电致变色器件，其特征在于，包括导电层、变色层和导电凝胶层，所述导电层无衬底且可自由弯折，所述导电层的主体呈网格结构，所述导电层的网格结构为连通的图形化结构或周期性结构；所述变色层设置在所述导电层上方，所述导电凝胶层设置在所述变色层的上方；所述变色层包括第一子变色层和第二子变色层，所述第一子变色层填充在所述导电层的间隙内，所述第二子变色层设置在所述导电层的上表面，所述第一子变色层与所述第二子变色层之间存在距离。

2.如权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述网格结构为连通的周期性结构时，所述周期性结构可以是圆形、椭圆或者多边形中的任一种或者多种的组合。

3.如权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述导电层为透明结构，所述导电层的材料为铁、铜、镍、铝、金及银中的任一种金属材料，或者为含铁、铜、镍、铝、金及银中至少两种金属的合金材料，或者为石墨烯、碳纳米管及碳粉中的任一种非金属导电材料。

4.一种柔性电致变色器件的制作方法，用于制备如权利要求1至3任一所述的柔性电致变色器件，其特征在于，包括步骤：提供一衬底；

在所述衬底上制作具有网格结构的导电层，所述导电层存留在所述衬底上；

制作变色层，将变色层分布在具有导电层的衬底上；

制作导电凝胶层，将导电凝胶层固定至分布了变色层后的衬底上；

将导电凝胶层、变色层和具有网格结构的导电层从衬底上剥离，得到柔性电致变色器件。

5.如权利要求4所述的柔性电致变色器件的制作方法，其特征在于，在所述衬底上制作具有网格结构的导电层包括：选取氧化铟锡导电玻璃或掺杂氟的SnO2导电玻璃作为衬底，在氧化铟锡导电玻璃或掺杂氟的SnO2导电玻璃表面上涂一层光刻胶，经过加热、紫外曝光、显影、电铸、去胶得到网格结构的导电层。

6.如权利要求4所述的柔性电致变色器件的制作方法，其特征在于，将导电凝胶层固定至分布了变色层后的衬底上还包括：将制备好的无机凝胶或有机凝胶固化后形成导电凝胶层，将导电凝胶层按压固定至涂有变色层的导电层上。

7.如权利要求4所述的柔性电致变色器件的制作方法，其特征在于，将导电凝胶层固定至分布了变色层后的衬底上还包括：将配制好的无机或有机凝胶液体先旋涂或刮涂在涂有变色层材料的导电层上，然后在热板上固化形成导电凝胶层，使得导电凝胶层固定至涂有变色层的导电层上。

8.如权利要求4所述的柔性电致变色器件的制作方法，其特征在于，制作变色层还包括：采用旋涂、刮涂或者电沉积的方式，将三氧化钨变色材料均匀分布在具有网格结构的导电层的衬底上。

9.如权利要求4所述的柔性电致变色器件的制作方法，其特征在于，制作导电凝胶层还包括：将丙烯酰胺、氯化钠、氯化锂次氯酸钠、次氯酸锂、四甲基乙二胺、过硫酸铵、亚甲基双丙烯酰胺和去离子水搅拌均匀后，固化形成导电凝胶层。

说明书

一种柔性电致变色器件及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及柔性电致变色器件的技术领域，特别是涉及一种柔性电致变色器件及其制作方法。

背景技术

[0002] 电致变色是材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。

[0003] 电致变色器件是指在正负交替变化的电压作用下，器件的颜色也会发生着色和褪色可逆变化的器件。它的应用领域主要有智能窗、显示技术、军事伪装、柔性可穿戴设备和防眩目后视镜等。例如电致变色智能窗，通过调节电压大小控制窗户颜色进而调控太阳光的辐射量，对太阳光达到最大程度的利用。这是一项具有很大潜力的技术，在未来会很大程度改变人类的生活方式。目前，现有的电致变色器件的导电层多为在以玻璃和PET(聚对苯二甲酸乙二酯)为衬底的表面镀一层金属氧化物，或者是在PET衬底上固化一层导电金属(银、镍、铁、铜等)。以玻璃为衬底的ITO(掺锡氧化铟)和FTO(掺氟氧化锡)易碎而且不可以弯折，且导电性不佳，大大降低了电致变色器件的性能，限制了电致变色器件的应用范围。

[0004] 另外，玻璃厚度在1毫米以上，这会增加电致变色器件的厚度整体看起来笨重很多，背离了电子产品不断朝着轻量化、智能化方向发展的宗旨。PET的厚度虽然比玻璃小很多，也具有一定的可弯折性，但是其厚度也在20‑200μm不等，可弯折性也有一定的限制，无法实现弯折半径足够小,另外PET对光的损耗较大，不能应用于一些透明度要求高的电子产品。

[0005] 因此，现有电致变色器件厚度往往比较大，可弯折性比较低或者导电性不佳，不能应用于对柔性要求比较高的柔性可穿戴等领域。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种柔性电致变色器件及其制作方法，以解决现有电致变色器件厚度往往比较大，可弯折性比较低及导电性不佳的问题。

[0007] 本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

[0008] 本发明提供一种柔性电致变色器件，包括导电层、变色层和导电凝胶层，所述导电层无衬底且可自由弯折，所述变色层设置在所述导电层上方，所述导电凝胶层设置在所述变色层的上方；所述变色层包括第一子变色层和第二子变色层，所述第一子变色层填充在所述导电层的间隙内，所述第二子变色层设置在所述导电层的上表面，所述第一子变色层与所述第二子变色层之间存在距离。

[0009] 在本发明的一个实施例中，所述导电层的主体呈网格结构，所述导电层的网格结构为连通的图形化结构或周期性结构。

[0010] 在本发明的一个实施例中，所述网格结构为连通的周期性结构时，所述周期性结构可以是圆形、椭圆或者多边形中的任一种或者多种的组合。

[0011] 在本发明的一个实施例中，所述导电层为透明结构，所述导电层的材料为铁、铜、镍、铝、金及银中的任一种金属材料，或者为石墨烯、碳纳米管及碳粉中的任一种非金属导电材料。

[0012] 本发明还提供一种柔性电致变色器件的制作方法，用于制备如上所述的柔性电致变色器件，包括步骤：

[0013] 提供一衬底；

[0014] 在所述衬底上制作具有网格结构的导电层，所述导电层存留在所述衬底上；

[0015] 制作变色层，将变色层分布在具有导电层的衬底上；

[0016] 制作导电凝胶层，将导电凝胶层固定至分布了变色层后的衬底上；

[0017] 将导电凝胶层、变色层和具有网格结构的导电层从衬底上剥离，得到柔性电致变色器件。

[0018] 在本发明的一个实施例中，在所述衬底上制作具有网格结构的导电层包括：选取氧化铟锡导电玻璃或掺杂氟的SnO2导电玻璃作为衬底，在氧化铟锡导电玻璃或掺杂氟的SnO2导电玻璃表面上涂一层光刻胶，经过加热、紫外曝光、显影、电铸、去胶得到网格结构的导电层。

[0019] 在本发明的一个实施例中，将导电凝胶层固定至分布了变色层后的衬底上还包括：将制备好的无机凝胶或有机凝胶固化后形成导电凝胶层，将导电凝胶层按压固定至涂有变色层的导电层上。

[0020] 在本发明的一个实施例中，将导电凝胶层固定至分布了变色层后的衬底上还包括：将配制好的无机或有机凝胶液体先旋涂或刮涂在涂有变色层材料的导电层上，然后在热板上固化形成导电凝胶层，使得导电凝胶层固定至涂有变色层的导电层上。

[0021] 在本发明的一个实施例中，制作变色层还包括：采用旋涂、刮涂或者电沉积的方式，将三氧化钨变色材料均匀分布在具有网格结构的导电层的衬底上。

[0022] 在本发明的一个实施例中，制作导电凝胶层还包括：将丙烯酰胺、氯化钠、氯化锂次氯酸钠、次氯酸锂、四甲基乙二胺、过硫酸铵、亚甲基双丙烯酰胺和去离子水搅拌均匀后，固化形成导电凝胶层。

[0023] 本发明提供的柔性电致变色器件及其制作方法，一方面，通过使用没有衬底的网格结构作为导电层，使得该柔性电致变色器件结构简化，厚度远远低于现有电致变色器件，提高了电致变色器件的导电性和整体透过率，降低了制造成本；另一方面，本发明采用没有衬底的网格结构作为导电层，配合导电凝胶层，能够实现远高于现有电致变色器件的弯折程度。另外，导电凝胶层自身具有粘性，可以粘附在大多数物体表面，实现了电致变色器件的可贴敷功能。

附图说明

[0024] 图1为本发明第一实施例中柔性电致变色器件的仰视图。

[0025] 图2为本发明第一实施例中柔性电致变色器件弯折后的分解结构示意图。

[0026] 图3a为本发明第一实施例中柔性电致变色器件从衬底上剥离前的剖面图。

[0027] 图3b为图1中柔性电致变色器件从衬底上剥离后的剖面图。

[0028] 图4a至图4g为本发明第二实施例中柔性电致变色器件的制作方法。

[0029] 图5为本发明第三实施例中柔性电致变色器件的仰视图。

具体实施方式

[0030] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

[0031] [第一实施例]

[0032] 图1为本发明第一实施例中柔性电致变色器件的仰视图，图2为本发明第一实施例中柔性电致变色器件弯折后的分解结构示意图，图3a为本发明第一实施例中柔性电致变色器件从衬底上剥离前的剖面图，图3b为图1中柔性电致变色器件从衬底上剥离后的剖面图。请结合图1、图2和图3a至图3b，本发明第一实施例提供的柔性电致变色器件包括导电层10、变色层20和导电凝胶层30，导电层10无衬底40且可自由弯折，其中，变色层20设置在导电层
10上方，导电凝胶层30设置在变色层20的上方。变色层20包括第一子变色层21和第二子变色层22，第一子变色层21填充在导电层10的间隙内，第二子变色层22设置在导电层10的上表面，第一子变色层21与第二子变色层22之间存在距离。

[0033] 请结合图1和图2，导电层10的主体呈网格结构11，导电层10的网格结构11为连通的图形化结构或周期性结构。当网格结构11为连通的图形化结构时，图形可以是卡通人物、物品、建筑和风景中的任一种或多种的组合；当网格结构11为连通的周期性结构时，周期性结构可以是圆形、椭圆或者多边形中的任一种或者多种的组合。本实施例中，导电层10为周期性结构，导电层10的材料为铁、铜、镍、铝、金中的任一种金属材料，或者为石墨烯、碳纳米管、碳粉中的任一种非金属导电材料，周期性的结构例如可以为六边形。

[0034] 变色层20包括电致变色材料，选自有机电致变色材料、无机电致变色材料或复合电致变色材料中的任一种或多种。无机电致变色材料包括金属氧化物，优选的为三氧化钨或氧化镍。有机电致变色材料优选的为紫萝精类、间苯二酸酯类、金属酞菁类、吡啶类金属配合物、聚苯胺类、聚吡咯类、聚噻吩类中的任一种或多种。

[0035] 导电凝胶层30为无机凝胶层或有机凝胶层，无机凝胶层包括丙烯酰胺，氯化钠、氯化锂、高氯酸钠、高氯酸锂等电解质，以及四甲基乙二胺，过硫酸铵，亚甲基双丙烯酰胺。有机凝胶层包括丙烯腈‑苯乙烯等有机聚合物，1‑甲基咪唑、4‑甲基咪唑等固化剂，氯化钠、氯化锂、高氯酸钠、高氯酸锂等电解质，以及乙腈、四氢呋喃、甲苯等有机溶剂。

[0036] 当导电层10、变色层20及导电凝胶层30制作完成之后，使导电层10接负极，导电凝胶层30接正极时，可实现从透明到有色的一个变化过程；使导电层10接正极，导电凝胶层30接负极，可实现从有色到透明的一个变化过程。

[0037] [第二实施例]

[0038] 图4a至图4g为本发明第二实施例中柔性电致变色器件的制作流程。请结合图4a至图4g，本实施例提供一种柔性电致变色器件的制作方法，具体包括如下步骤：

[0039] 提供一衬底40；

[0040] 在衬底40上制作具有网格结构11的导电层10，导电层10存留在衬底40上；

[0041] 制作变色层20，将变色层20分布在具有导电层10的衬底40上；

[0042] 制作导电凝胶层30，将导电凝胶层30固定至分布了变色层20后的衬底40上；

[0043] 将导电凝胶层30、变色层20和具有网格结构11的导电层10从衬底40上剥离，得到柔性电致变色器件。

[0044] 进一步地，将导电凝胶层30固定至分布了变色层20后的衬底40上还包括：将制备好的无机凝胶或有机凝胶固化后形成导电凝胶层30，将导电凝胶层30按压固定至涂有变色层20的导电层10上。在其他实施例中，将导电凝胶层30固定至分布了变色层20后的衬底40上还包括：将配制好的无机或有机凝胶液体先旋涂或刮涂在涂有变色层20材料的导电层10上，然后在热板上固化形成导电凝胶层30，使得导电凝胶层30固定至涂有变色层20的导电层10上。

[0045] 请结合图4a至图4d，本实施例提供的柔性电致变色器件的制作方法包括导电层10的制作，导电层10的制作具体包括：

[0046] 选取ITO导电玻璃(或FTO导电玻璃)作为衬底40，用除尘剂将ITO导电玻璃的表面清洗干净，采用旋涂或者刮涂的方式在ITO导电玻璃的表面涂一层光刻胶41，放入烘箱90°加热一小时，然后经过紫外曝光、显影、电铸、去胶得到正六边形结构的周期性排列的导电层10，此时的导电层10存留在ITO导电玻璃上。本实施例中，光刻胶41的型号例如为AZ4620或AZ4562，导电层10的材料例如为金属镍。

[0047] 在本发明的一个实施例中，衬底40还可以为PET等材料。

[0048] 在发明的一个实施例中，导电层10的材料还可以为铁、铜、铝、金及银中的任一种金属材料，或者为石墨烯、碳纳米管及碳粉中的任一种非金属导电材料。

[0049] 在本发明的一个实施例中，导电层10的周期性结构可以为正四边形、正八边形等多边形或者圆形及椭圆中的任一种。

[0050] 请结合图4e，本实施例提供的柔性电致变色器件的制作流程包括变色层20的制作，变色层20的制作具体包括：

[0051] 将2.5g钨粉放入10ml过氧化氢(浓度为30％)溶液，搅拌至钨粉完全溶解，然后去除多余过氧化氢，加入10g的乙醇，80℃冷凝回流6小时得到三氧化钨变色材料。采用旋涂、刮涂或者电沉积的方式，将三氧化钨变色材料均匀分布在具有正四边形结构周期性排列的导电层10的ITO导电玻璃上。

[0052] 请结合图4f至图4g，本实施例提供的柔性电致变色器件的制作流程包括导电凝胶层30的制作，本实施例中，导电凝胶层30为无机凝胶层，其具体的制作过程包括：

[0053] 提供0.782g丙烯酰胺，以及1.12g氯化钠、氯化锂次氯酸钠、次氯酸锂等电解质，准备0.47㎎四甲基乙二胺、1.33㎎过硫酸铵、2.5㎎亚甲基双丙烯酰胺及5g去离子水，然后将上述混合溶液搅拌均匀，使用热板60°加热1小时后将上述混合溶液固化，得到导电凝胶层30，再将固化好的导电凝胶层30贴敷到分布了变色层20的ITO导电玻璃上。在其他实施例中，各物质的添加量可以适当改变。该超薄柔性电致变色器件的一面为导电层10，一面为具有粘性的导电凝胶层30，因此可以随意敷贴到大多数物体的表面。

[0054] [第三实施例]

[0055] 图5为本发明第三实施例中柔性电致变色器件的仰视图。本实施例与第一实施例的区别在于，导电层10的周期性结构为正四边形。

[0056] 请结合图5，导电层10的主体呈网格结构11，导电层10的网格结构11为连通的图形化结构或周期性结构，当网格结构11为连通的图形化结构时，图形可以是卡通人物、物品、建筑和风景中的任一种或多种的组合；当网格结构11为连通的周期性结构时，周期性结构可以是圆形、椭圆或者多边形中的任一种或者多种的组合。本实施例中，导电层10为透明结构，导电层10的材料为铁、铜、镍、铝、金中的任一种金属材料，或者为石墨烯、碳纳米管、碳粉中的任一种非金属导电材料。

[0057] [第四实施例]

[0058] 本实施例提供一种柔性电致变色器件的制作方法，本实施例与第二实施例的区别在于，导电凝胶层30为有机凝胶层，其具体的制作过程包括：

[0059] 将有机溶剂乙腈和四氢呋喃按体积比4∶1混合后，倒入称量瓶中，然后将称量瓶放置于磁力恒温搅拌器上搅拌1分钟。称取10％的氯化钠，20％的丙烯腈‑苯乙烯有机聚合物，分别缓慢地加入到有机溶剂中，密封后在恒温75～85摄氏度搅拌10～15分钟至丙烯腈‑苯乙烯等有机聚合物完全溶解，最后加入1％的1‑甲基咪唑搅拌1分钟。在其他实施例中，有机溶剂乙腈和四氢呋喃的体积比可以适当调整。

[0060] 当固化好的导电凝胶层30贴敷到分布了变色层20的ITO导电玻璃上时，导电凝胶层30即与变色层20和导电层10结为一体形成柔性电致变色器件。然后用力按压导电凝胶层30，将柔性电致变色器件从ITO导电玻璃上剥离，从而得到超薄柔性电致变色器件。该超薄柔性电致变色器件的一面为导电层10，一面为具有粘性的导电凝胶层30，因此可以随意敷贴到大多数物体的表面。

[0061] 本发明提供的柔性电致变色器件及其制作方法，一方面，通过使用没有衬底40的网格结构11作为导电层10，使得该柔性电致变色器件结构简化，厚度远远低于现有电致变色器件，提高了电致变色器件的导电性和整体透过率，降低了制造成本；另一方面，本发明采用没有衬底40的网格结构11作为导电层10，配合导电凝胶层30，能够实现远高于现有电致变色器件的弯折程度。另外，导电凝胶层30自身具有粘性，可以粘附在大多数物体表面，实现了电致变色器件的可贴敷功能。

[0062] 在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

[0063] 在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

[0064] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0065] 在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。