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全固态塑料电致变色器件及其制备方法

阅读：1072发布：2020-08-30

IPRDB可以提供全固态塑料电致变色器件及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种全固态塑料电致变色器件及其制备方法。器件包括导电电极层、电致变色层、离子导电层以及离子存储层等，其衬底采用光学塑料材料，离子导电层采用高分子聚合物固态电解质材料。器件通过将离子导电层放置在导电衬底上的电致变色层和另一导电衬底上的离子存储层之间压合而成，最后由封装保护塑料层封装保护。本发明制备在光学塑料衬底上，器件结构清晰，制备方法简单，器件可以弯曲卷绕，用途广泛，易于选用卷绕式镀膜机、丝网印刷机、注塑机等工业设备进行大规模生产。，下面是全固态塑料电致变色器件及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种全固态塑料电致变色器件，包括衬底层(b、h)、导电电极层(c、g)、电致变色层(f)以及离子导电层(e)，其特征在于：所述衬底层(b、h)采用光学塑料材料，离子导电层(e)采用高分子聚合物固态电解质材料。

2.根据权利要求1所述的全固态塑料电致变色器件，其特征在于：所述器件包括八层结构，在离子导电层(e)和电致变色层(f)两侧依次为导电电极层(c、g)、塑料衬底层(b、h)和封装保护塑料层(a、i)。

3.根据权利要求2所述的全固态塑料电致变色器件，其特征在于：所述的离子导电层(e)和电致变色层(f)合并成一层。

4.根据权利要求2所述的全固态塑料电致变色器件，其特征在于：所述的导电电极层(c)和离子导电层(e)之间设有离子存储层(d)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的全固态塑料电致变色器件，其特征在于：所述的器件结构中还可增加保护层、绝缘层或图文层。

6.一种全固态塑料电致变色器件的制备方法，其特征在于：该方法包括以下次序的工艺步骤：(1)在塑料衬底层(b)上依次制备导电电极层(c)、离子存储层(d)；(2)在塑料衬底层(h)上依次制备导电电极层(g)、电致变色层(f)；(3)将离子导电层(e)置于步骤(1)和步骤(2)制得的两衬底中间，压合；(4)最后由封装保护塑料层(a、i)封装保护。

7.根据权利要求6所述的一种全固态塑料电致变色器件的制备方法，其特征在于：该方法的步骤(3)为：将由高分子导电聚合物制成的固态电解质薄膜作为离子导电层(e)放在步骤(1)和步骤(2)制得的两衬底中间压合，或者将高分子导电聚合物涂在其中一片衬底上形成离子导电层(e)，盖上另外一块衬底，然后施加压力展平粘合。

8.根据权利要求6所述的一种全固态塑料电致变色器件的制备方法，其特征在于：该方法的步骤(1)和(2)中制备导电电极层(c、g)可采用真空物理沉积、化学气相沉积或溶胶一凝胶法，优选磁控溅射技术。

9.根据权利要求6所述的一种全固态塑料电致变色器件的制备方法，其特征在于：该方法的步骤(1)和(2)中制备离子存储层(d)和电致变色层(f)可采用磁控溅射、离子辅助淀积、离子反应沉积或激光沉积等方法，制备电致变色层(f)还可采用印刷法、打印法、涂胶法等方法。

说明书全文

全固态塑料电致变色器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电致变色器件。

背景技术

电致变色是指材料在外电场或电流的作用下，发生可逆的色彩变化。电致变色效应最早是在碱卤晶体上观察到的，1969年Deb(DebS K，Appl Optics，1969，P193)首次报道非晶WO3薄膜中的电致变色效应，引起广泛重视，电致变色器件在能量转换、光线调节、信息记录、平面显示等领域具有广泛的用途，目前已开发成功灵巧电致变色窗和汽车防眩镜等实用器件。1986年日产公司首次推出用于汽车的ECD窗口，使电致变色调光窗成为电致变色材料最现实的商品目标。
但是，目前电致变色领域的研究和开发主要是基于玻璃衬底，相对于塑料衬底，玻璃衬底在厚度、重量、耐冲击等方面有许多局限性。塑料具有厚度小、质量轻、耐冲击、耐挤压、成本低、设计使用灵活等特点，在许多应用领域，用塑料代替玻璃已经成为一种趋势，例如在平面显示领域，液晶显示、电致发光显示等先后出现基于塑料衬底的显示器件。但是在选择塑料作为衬底材料时，由于塑料具有不耐高温等特性，在材料制备和器件封装等方面都有特殊要求，因此就限制了电致变色器件的应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种质量轻、耐冲击、耐挤压、成本低、制备方便的全固态塑料电致变色器件。
本发明的另一个目的是提供一种全固态塑料电致变色器件的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种全固态塑料电致变色器件，包括衬底、导电电极层、电致变色层以及离子导电层，其衬底采用光学塑料材料，离子导电层采用高分子聚合物固态电解质材料。器件采用分层制备，压合封装而成。
上述器件由八层结构组成，在离子导电层和电致变色层两侧依次为导电电极层、塑料衬底层、封装保护塑料层。在两导电电极层之间外加直流低压驱动实现可逆的色彩变化。
上述的表面导电电极层和离子导电层之间还设有离子存储层。
本发明的器件是将离子导电层放置在导电衬底上的电致变色层和另一层导电衬底上的离子存储层压合而成，然后再经外面两层透明塑料封装保护。制备方法为：首先分别在表面塑料衬底层上依次制备表面导电电极层、离子存储层，在背面塑料衬底层上依次制备背面导电电极层、电致变色层，然后将配好的高分子导电聚合物制成固态电解质薄膜放在中间压合，或者将配好的高分子导电聚合物涂在其中一片衬底上，盖上另外一块衬底，然后施加压力展平粘合，然后再经外面两层透明的封装保护塑料层进行封装保护。电极连接可以选择在封装之前或之后。在表面导电电极层和背面导电电极层之间外加直流低压驱动可进行变色，外加驱动电源以实用方便为宜。
本发明是一种制备在光学塑料衬底上的全固态电致变色器件，器件结构清晰，制备方法简单，器件可以弯曲卷绕，用途广泛，易于选用卷绕式镀膜机、丝网印刷机、注塑机等工业设备进行大规模生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

通常，电致变色器件必须含有沉积在衬底上的两层导电电极、中间的电致变色层和离子导电层。但是离子存储层可以取消，由导电电极层兼具其功能，其中两层导电电极包括衬底中至少之一是透明的。如果另外一层导电电极及其衬底也是透明的，则器件为透射类型，如果另外一层导电电极及其衬底是不透明的，则器件为反射类型。通常透射类型的电致变色器件适用于显示器件和灵巧智能窗等。反射类型的器件适用于显示器件和电致变色镜等。
本发明的衬底采用光学塑料材料，光学塑料是指具有一定的光学性能的透明材料，是一种可以和光学玻璃相媲美的塑料，本发明优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚酯切片(PET)、聚苯醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧光学塑料等。
透明导电电极层可以由金、银、铝、铜的金属薄膜或由金属氧化物的导电薄膜制成，还可以采用复合薄膜或是高分子电解质薄膜。其制备方法取决于形成电极材料的类型，可以通过真空物理沉积、化学气相沉积、溶胶一凝胶法形成。
透明衬底及导电电极一般要求整体在可见光区是全透明的，其特定例子是采用磁控溅射技术在聚酯塑料衬底上制备的ITO(In2O3-SnO2)、氧化锌透明导电膜。现在广泛使用的是ITO薄膜，在高透过率和低电阻之间优化。ITO薄膜是一种氧化物半导体透明导电薄膜，其导电率的提高是由于偏离化学计量比形成的氧空位和进行掺杂以增加载流子浓度而实现的。目前制备在塑料衬底上的ITCO薄膜的厚度通常在10-1000nm，透光率在60％-100％，电阻率一般在1-1000Ω.cm左右。在保证高透光率的前提下，导电电极的电阻率越小越好。
反射导电电极层表示具有高反射率并在电化学上性能稳定的导电薄膜，通常是金属薄膜或者合金薄膜。可以是金、银、铜、铝、铬、钨、钛或其组成的合金等，其制备方法取决于形成电极材料的类型，一般通过真空物理沉积法形成。其特定例子是采用磁控溅射技术在聚酯塑料衬底上制备的Al、Ag、Ni-Cr薄膜。反射率在50％-100％。薄膜的厚度通常在10nm-10um，表面电阻在0.1-100Ω/sq。使用反射导电电极层时对塑料衬底的透明度没有严格要求。
本发明包括电致变色层和离子存储层，是整个器件的核心结构。电致变色层为阴极着色材料，即当接负电压时是着色，当接正电压时是退色。离子存储层为阳极着色材料，即当接正电压时是着色，当接负电压时是退色。离子存储层主要目的是与电致变色层颜色互补，平衡电荷传输，与电致变色层共同组成一对氧化还原电极。离子存储层可以取消或者无色彩相应；由于电致变色器件是对称结构，离子存储层和电致变色层可以进行位置互换。
电致变色层可以采用无机变色材料或有机变色材料制备，无机变色材料一般为过渡金属氧化物，可以是WO3、MoO3、TiO2、Nb2O5、V2O3等中的一种或几种掺杂而成，由于采用塑料衬底，具有不能高温处理等要求，在制备方法上有特殊要求，例如在真空镀膜基础上增加离子镀工艺等，可采用磁控溅射、离子辅助淀积、离子反应沉积、激光沉积等方法制备。有机变色材料有普鲁士兰(prussianblue)、紫罗精(viologens)、金属酞花青(metalphthalocyanines)、聚合金属络合物(metallopolymers)和有机导电聚合物等，制备时根据选用的材料可采用印刷法、打印法、涂胶法等。
离子存储层可以是TiO2、NiO、CeO2、IrO、RhO、V2O3等中的一种或几种掺杂而成，同样考虑塑料衬底的原因，可采用磁控溅射、离子辅助沉积、离子反应沉积、激光沉积等方法制备。
为进一步提高薄膜的电致变色特性，可以采用掺杂、表面修饰等方法，这不改变器件的结构。
本发明的离子导电层采用高分子聚合物固态电解质材料，使离子(H+、Li+等)在电致变色层和离子存储层之间传输。由于采用塑料衬底，液态电解质无法满足封装等要求，固态电解质的使用成为必然。适用于本发明的固态电解质要求具有良好的离子电导率、粘弹性和透光性，可以是PEU-LiClO4、PEO-LiClO4、PPG-PMMA-LiClO4、Nafion、PESA、PAMPS等导电高聚物。如果离子导电层采用的导电高聚物同时具有电致变色特征，则可以将电致变色层和离子导电层合并为一层，使结构更为简单。
根据器件的用途不同，可以进行一定的结构增加，在器件中增加保护层、绝缘层或是图文层，例如在透明导电层和电致变色层中间增加绝缘层可以增长变色记忆时间，在塑料衬底表面增加图文层可用于显示图案。
以下结合具体的实施例和附图对本发明进行进一步的说明。
实施例1：塑料衬底层b、h采用聚酯切片PET薄膜(厚度为125μm)，在塑料衬底层b、h上采用磁控溅射工艺制备ITO透明导电电极层c、g(厚度为30nm)。将制得的ITO透明导电塑料进行剪裁，其中一块在ITO表面采用低压反应离子镀技术制备WO3电致变色层f，厚度为400nm，在另一衬底ITO表面采用低压反应离子镀技术制备NiO离子存储层d，厚度为250nm。取小块预先制备好的PEU-LiClO4固态电解质材料作为离子导电层e放在上述两层中间，在90℃温度下施加压力展平，使三层紧密复合，然后外面再经两层封装保护塑料层a、i过塑封装保护，在两层衬底导电电极层c、g上引出电极外接两块1.5V纽扣电池，即制得如图1所示的全固态塑料电致变色器件，实现电致变色。
实施例2：塑料衬底层b、h采用聚酯切片PET薄膜(厚度为125μm)。在其中一块塑料衬底层h上采用磁控溅射工艺制备ITO透明导电电极层g(厚度为30nm)，然后再在其表面采用低压反应离子辅助沉积电子束蒸发镀膜技术制备WO3电致变色层f，厚度为400nm。将稀释的Nafion溶液施涂的WO3表面，空气中干燥2小时，使Nafion成膜形成离子导电层e。在另一块塑料衬底层b上采用磁控溅射工艺制备Al金属导电电极层c，厚度为300nm，然后再在其表面采用低压离子辅助沉积电子束蒸发镀膜技术制备NiO离子存储层d，厚度为300nm。然后将上述制得的两部分进行压合，最后外面再经两层透明的封装保护塑料层a、i过塑封装保护，在两层衬底导电电极层c、g上引出电极外接两块1.5V纽扣电池，即制成如图1所示结构的反射式电致变色器件。

标题	发布/更新时间	阅读量
电致变色器件-专利编号CN102934009B	2020-05-14	897
电致变色器件-专利编号CN103619851A	2020-05-11	514
电致变色器件-专利编号CN101960374A	2020-05-12	143
电致变色器件-专利编号CN108427231A	2020-05-11	617
电致变色器件-专利编号CN103339559A	2020-05-12	219
电致变色器件-专利编号CN1222819C	2020-05-13	188
电致变色器件-专利编号CN110622062A	2020-05-11	604
电致变色器件-专利编号CN1341232A	2020-05-13	886
电致变色器件-专利编号CN101960374B	2020-05-12	586
电致变色器件-专利编号CN1496492A	2020-05-13	612

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