[go: up one dir, main page]

CN110376817A - 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法 - Google Patents

一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110376817A
CN110376817A CN201910557387.3A CN201910557387A CN110376817A CN 110376817 A CN110376817 A CN 110376817A CN 201910557387 A CN201910557387 A CN 201910557387A CN 110376817 A CN110376817 A CN 110376817A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrochromic
amberplex
transparent conductive
conductive film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910557387.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李博
马金戈
孙亚
陈花玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201910557387.3A priority Critical patent/CN110376817A/zh
Publication of CN110376817A publication Critical patent/CN110376817A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/1533—Constructional details structural features not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/155—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/163—Operation of electrochromic cells, e.g. electrodeposition cells; Circuit arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/1533—Constructional details structural features not otherwise provided for
    • G02F2001/1536—Constructional details structural features not otherwise provided for additional, e.g. protective, layer inside the cell

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法，包括：顶层透明导电层、离子交换膜、电致变色层和底层透明导电层，自上而下构成顶层透明导电层‑离子交换膜‑电致变色层‑底层透明导电层层叠结构；其中，所述顶层透明导电层和所述底层透明导电层为银纳米线透明导电薄膜；所述离子交换膜为全氟磺酸薄膜。本发明的柔性全固态电致变色器件，能够实现全固态环境下安全可靠的变色，电致变色器件柔性化，能够适应多变的应用环境。

Description

一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制 方法
技术领域
本发明属于电致变色技术领域，特别涉及一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法。
背景技术
电致变色是指材料在外界刺激下颜色产生稳定可逆变化的现象。当材料在电化学作用下发生电子和离子的注入与抽出时，其价态和化学组分发生变化，从而使材料的反射率和透射性能发生变化，在外观性能上表现为颜色及透明度的可逆变化。
电致变色材料中电荷的注入与抽出可以通过外界电压或电流的改变来实现，注入或抽出电荷的多少直接决定了材料的致色程度，调节外界电压或电流可以控制电致变色程度；通过改变电压的极性可以方便地实现着色或者褪色，已着色的材料在撤去电场而不发生氧化还原反应的情况下，可以保持着色状态，即具有记忆功能。电致变色的优异性能以及在节能方面的应用前景受到人们的普遍关注，符合未来智能材料的发展趋势。例如，电致变色智能窗可以根据环境以及人类舒适度，通过控制进入建筑物的可见光和太阳辐射的能量达到对太阳光高效率利用的目的。
随着光电器件柔性化的发展，具有柔性化、可穿戴、可携带的柔性器件越来越受到国内外研究学者的关注。电致变色器件由于其节能、绿色的特性具有广泛的应用，但是传统电致变色器件多为刚性器件，应用范围受到了很多限制。电致变色器件的柔性化是其发展的趋势，因此作为透明导电层的柔性化成为一项研究挑战。
传统的电致变色器件主要是将电致变色薄膜通过一定技术沉积到ITO玻璃衬底上，由于ITO中铟材料过于稀少而使其价格昂贵，且ITO薄膜曲率低，无法进行大范围变形，所以选用银纳米线透明导电薄膜作为ITO薄膜的替代品势在必行，且银纳米线透明导电薄膜作为柔性导电薄膜为全柔性电致变色器件提供了多变的应用环境。传统电致变色器件多为液态或半液态，其状态主要由离子存储层中的电解质决定，液态或半液态电致变色器件由于其循环使用性能，安全可靠性存在问题，所以找到一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件对电致变色器件具有重要的研究价值和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的柔性全固态电致变色器件，能够实现全固态环境下安全可靠的变色，电致变色器件柔性化，能够适应多变的应用环境。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，包括：顶层透明导电层、离子交换膜、电致变色层和底层透明导电层，自上而下构成顶层透明导电层-离子交换膜-电致变色层-底层透明导电层层叠结构；其中，所述顶层透明导电层和所述底层透明导电层为银纳米线透明导电薄膜；所述离子交换膜为全氟磺酸薄膜。
本发明的进一步改进在于，所述顶层透明导电层和所述底层透明导电层之间的空隙用粘结剂进行封装。
本发明的进一步改进在于，所述银纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在刚性基底上喷涂银纳米线乙醇分散液，烘干，然后在180℃～220℃温度范围下固化处理15min～20min，在刚性基底上获得银纳米线透明导电薄膜；
步骤2，在步骤1获得的银纳米线透明导电薄膜上旋涂无色透明的光固化胶，并在UV光下照射进行固化，在刚性基底上获得光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜；
步骤3，将混合均匀无气泡的PDMS旋涂在步骤2获得的光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜上；然后在60℃～100℃温度范围下对PDMS进行加热固化1h～6h；在刚性基底上获得PDMS-光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜；然后将PDMS-光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜从刚性基底上剥离，获得柔性基底银纳米线透明导电薄膜；
其中，所述刚性基底为疏水处理后的硅片、PET或盖玻片；所述银纳米线的直径为40nm～55nm，长度为55μm～80μm；所述无色透明的光固化胶为NOA 81、NOA61或NOA63。
本发明的进一步改进在于，所述离子交换膜的厚度为1μm～15μm。
本发明的进一步改进在于，所述电致变色层为电致变色金属氧化物薄膜。
本发明的进一步改进在于，所述电致变色层的材料为无极电致变色材料。
本发明的进一步改进在于，所述电致变色层的厚度为200nm～500nm。
本发明的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的控制方法，包括以下步骤：
在顶层透明导电层和底层透明导电层之间施加正向电压，使得离子交换膜中的质子在电场的作用下迁移，并与电致变色层中的离子进行交换；
电致变色层得到离子交换膜中的质子后，从阴极的透明导电层得到电子；在质子与电子的双重作用下，使得电致变色层中的金属阳离子发生价位变化，引起电致变色层发生变色；
在顶层透明导电层和底层透明导电层之间施加反向电压，或者撤去顶层透明导电层和底层透明导电层之间的正向电压，使得电致变色层中电子回到阴极的透明导电层，电致变色层的金属阳离子价位再次回到初始价位，引起电致变色层发生褪色。
本发明的进一步改进在于，所述电致变色层的初始状态、褪色态的透光率大小关系为：初始状态透光率＞褪色太透光率。
本发明的进一步改进在于，所述正向电压大于等于1.5V，所述反向电压大于等于3.5V。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件中，顶层与底层透明导电层使用全柔性透明导电薄膜，成为实现全柔性电致变色器件的基础；选用离子交换膜作为离子存储层和离子导电层，固体离子交换膜为实现全固态提供基础。本发明引入离子交换膜，其含有大量可以驱使电致变色金属氧化物薄膜变色的质子以及离子交换通道，能够实现电致变色器件的全固态化，可防止发生泄漏，可延长电致变色器件的使用寿命。本发明中，全柔性透明导电薄膜为银纳米线透明导电薄膜，其在柔性化的处理中依旧保持优良光学性能以及导电性能，其作为柔性导电薄膜可为全柔性电致变色器件提供多变的应用环境。
进一步的，本发明的银纳米线透明导电薄膜的制备方法，在刚性基底上喷涂银纳米线乙醇分散液，烘干并对银纳米线薄膜进行固化处理，能够有效改善银纳米线之间的粘结性，极大提高银纳米线网络的导电性和均匀性。同时，本发明的制备方法中，引入了无色透明的光固化胶，可解决银纳米线与PDMS之间连接作用弱，以及透明导电薄膜鲁棒性能差的问题；可降低电致变色器件驱动电压。本发明的制备方法简单且操作容易，具有实际应用价值。
本发明中，离子交换膜的厚度为1μm～15μm，当离子交换膜厚度小于1μm时，离子交换膜较难提供足够的变色驱动离子；当离子交换膜厚度大于15μm时，离子交换膜的界面动力学性能较难被电场驱动，所以离子交换膜厚度选择为1μm～15μm。
本发明的控制方法，用于控制本发明的柔性全固态电致变色器件，能够实现全固态环境下安全可靠的变色。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的结构示意图；
图2是本发明实施例中基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件在电场作用下的变色效果对比示意图；图2(a)为变色前电致变色器件的示意图；图2(b)为变色后电致变色器件的示意图；
图3是本发明实例中基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的着色透光率与褪色透光率对比示意图；
图4是本发明实施例的一种银纳米线透明导电薄膜的制备方法的流程示意图；
图5是本发明实施例1中制得的柔性基底银纳米线透明导电薄膜的扫面电子显微镜照片；
图6是本发明实施例1至3中，剥离前后银纳米线透明导电薄膜的方阻变化趋势示意图；
图7是本发明实施例1至3中，PDMS/光固化胶/银纳米线复合透明薄膜的透过率曲线示意图；
图1中，1、顶层透明导电层；2、离子交换膜；3、电致变色层；4、底层透明导电层；5、粘结剂。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，包括：顶层透明导电层1、底层透明导电层4，以及两层透明导电层之间的离子交换膜2和电致变色层3。离子交换膜2用于作为离子存储层和离子导电层。
顶层透明导电层1和底层透明导电层4使用全柔性透明导电薄膜，成为实现全柔性电致变色器件的基础。采用固体离子交换膜2作为离子存储层和离子导电层，固体的离子交换膜2为实现全固态提供基础。其中，全柔性透明导电薄膜为银纳米线透明导电薄膜。固体的离子交换膜2为全氟磺酸薄膜(Nafion薄膜)，厚度为1μm～15μm。
电致变色层3为电致变色金属氧化物薄膜，厚度为200nm～500nm。
本发明实施例的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的控制方法，包括以下步骤：
(1)离子交换膜的质子交换过程：
在透明导电层之间施加正向电压，离子交换膜2中的质子在电场的作用下迁移与电致变色层3中的离子进行交换。
(2)电致变色层的电致变色过程：
电致变色金属氧化物薄膜中离子在得到离子交换膜2中的质子后，并且从阴极透明导电层得到电子。在质子与电子的双重作用下，金属阳离子发生价位变化引起电致变色金属氧化物薄膜颜色变化。
(3)电致变色层的褪色过程：
电致变色器件在撤去电压或施加反向电压后，电致变色金属氧化物薄膜中电子回到阴极透明导电层，金属阳离子价位再次回到初始价位，电致变色薄膜颜色随之变化，即褪色过程发生。
优选的，电致变色层3的初始状态、褪色态的透光率大小关系为：初始状态透光率＞褪色太透光率。施加的正向电压大于等于1.5V；反向电压大于等于3.5V。
本发明的基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件智能窗、显示器、文件加密以及变色眼镜等领域。
综上所述，本发明的电致变色器件中，引入固体离子交换膜，其含有大量可以驱使电致变色金属氧化物薄膜变色的质子以及离子交换通道，实现了电致变色器件的全固态化，防止发生泄漏问题以及延长电致变色器件的使用寿命；引入银纳米线透明导电薄膜，其在柔性化的处理中依旧保持优良光学性能以及导电性能，作为柔性导电薄膜为全柔性电致变色器件提供多变的应用环境。本发明的电致变色器件制备工艺简单，成本低廉，在智能窗、显示器、文件加密以及变色眼镜等领域具有较好的应用前景。
实施例1：
请参阅图4至图7，本发明实施例的一种柔性基底银纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备银纳米线透明导电薄膜：
将银纳米线乙醇分散液加入喷笔内，喷笔直径为0.3mm，以1cm/s的喷涂速度均匀喷涂，沉积1层具有一定排列密度的银纳米线网络基片，然后将涂有银纳米线透明导电薄膜的硅片基底放置在80℃的加热板上10min，在烘箱内进行180℃固化处理15min，即可得到银纳米线透明导电薄膜，用紫外可见分光光度计测得此时在550nm波长处透过率为91.7％，用四探针测得方阻为12.93Ω·sq-1。
(2)制备光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜：
将光固化胶NOA 81滴加覆盖在步骤(1)中得到的银纳米线透明导电薄膜上，然后以500rpm的转速旋涂20s，再以6000rpm的速度旋涂15s获得光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜，将复合膜在UV光下照射15min进行固化。
(3)制备柔性基底银纳米线透明电极：
使用美国道康宁184硅橡胶，以预聚物和固化剂按质量比10:1混合搅拌，真空处理后得到PDMS。向步骤(2)中获得的光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜表面滴加覆盖PDMS，然后以500rpm的转速旋涂20s得到PDMS/光固化胶/银纳米线复合透明电极，将复合膜置于加热板上60℃加热固化4h后剥离，用紫外可见分光光度计测得此时在550nm波长处透过率为93.7％，用四探针测得方阻为15.07Ω·sq-1。
如图5至图7所示，所形成的银纳米线网络结构中，银纳米线直径为40～55nm；采用本发明的制备方法增加了薄膜的透过率，实现了柔性银纳米透明电极的制备，提高银纳米线透明导电薄膜的鲁棒性能，降低银纳米线之间的结点电阻，减小银纳米线透明电极的表面粗糙度，制备出性能优良、鲁棒性能强健的银纳米线柔性透明导电薄膜。
实施例2：
本发明实施例的一种柔性基底银纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备银纳米线透明导电薄膜：
将银纳米线乙醇分散液加入喷笔内，喷笔直径为0.3mm，以1cm/s的喷涂速度均匀喷涂，沉积2层具有一定排列密度的银纳米线网络基片，然后将涂有银纳米线透明导电薄膜的硅片基底放置在80℃的加热板上10min，在烘箱内进行200℃固化处理15min，即可得到银纳米线透明导电薄膜，用紫外可见分光光度计测得此时在550nm波长处透过率为87.3％，用四探针测得方阻为8.27Ω·sq-1，因银纳米线沉积次数增加，银纳米线网络增多，故透过率较实例1有所下降，而导电率增加，如图6和图7所示。
(2)制备光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜：
将光固化胶NOA 81滴加覆盖在步骤(1)中得到的银纳米线透明导电薄膜上，然后以500rpm的转速旋涂20s，再以6000rpm的速度旋涂15s获得光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜，将复合膜在UV光下照射15min进行固化。
(3)制备柔性基底银纳米线透明薄膜：
使用美国道康宁184硅橡胶，以预聚物和固化剂按质量比10:1混合搅拌，真空处理后得到PDMS。向步骤(2)中获得的光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜表面滴加覆盖PDMS，然后以500rpm的转速旋涂20s得到PDMS/光固化胶/银纳米线复合透明电极，将复合膜置于加热板上60℃加热固化4h后剥离，用紫外可见分光光度计测得此时在550nm波长处透过率为88.9％，用四探针测得方阻为10.79Ω·sq-1，用本发明的制备方法增加了薄膜的透过率，实现了柔性银纳米透明电极的制备，提高银纳米线透明导电薄膜的鲁棒性能，降低银纳米线之间的结点电阻，减小银纳米线透明电极的表面粗糙度，制备出性能优良、鲁棒性能强健的银纳米线柔性透明导电薄膜。
实施例3：
本发明实施例的一种柔性基底银纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备银纳米线透明导电薄膜：
将银纳米线乙醇分散液加入喷笔内，喷笔直径为0.3mm，，以1cm/s的喷涂速度均匀喷涂，沉积3层具有一定排列密度的银纳米线网络基片，然后将涂有银纳米线透明导电薄膜的硅片基底放置在80℃的加热板上10min，在烘箱内进行220℃固化处理15min，即可得到银纳米线透明导电薄膜，用紫外可见分光光度计测得此时在550nm波长处透过率为78.7％，用四探针测得方阻为5.31Ω·sq-1，因银纳米线沉积次数增加，银纳米线网络增多，故透过率较实例2有所下降，而导电率增加，如图6和图7所示。
(2)制备光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜：
将光固化胶NOA 81滴加覆盖在步骤(1)中得到的银纳米线透明导电薄膜上，然后以500rpm的转速旋涂20s，再以6000rpm的速度旋涂15s获得光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜，将复合膜在UV光下照射15min进行固化。
(3)制备柔性基底银纳米线透明薄膜：
使用美国道康宁184硅橡胶，以预聚物和固化剂按质量比10:1混合搅拌，真空处理后得到PDMS。向步骤(2)中获得的光固化胶/银纳米线复合透明导电薄膜表面滴加覆盖PDMS，然后以500rpm的转速旋涂20s得到PDMS/光固化胶/银纳米线复合透明电极，将复合膜置于加热板上60℃加热固化4h后剥离，用紫外可见分光光度计测得此时在550nm波长处透过率为80.1％，用四探针测得方阻为7.39Ω·sq-1，用本发明的制备方法增加了薄膜的透过率，实现了柔性银纳米透明电极的制备，提高银纳米线透明导电薄膜的鲁棒性能，降低银纳米线之间的结点电阻，减小银纳米线透明电极的表面粗糙度，制备出性能优良、鲁棒性能强健的银纳米线柔性透明导电薄膜。
实施例4：
本发明实施例中，与实施例2的工艺过程的区别仅在于：
步骤(1)中，将涂有银纳米线透明导电薄膜的PET基底放置在80℃的加热板上12min，在烘箱内进行200℃固化处理18min；所用的银纳米线的长径比为800～1000；
步骤(2)中，无色透明的光固化胶采用NOA 61，以转速4500rpm进行光固化胶的旋涂；
步骤(3)中，PDMS的旋涂速度为800rpm，PDMS加热固化温度为60℃，时间为6h。
实施例5：
本发明实施例中，与实施例2的工艺过程的区别仅在于：
步骤(1)中，将涂有银纳米线透明导电薄膜的盖玻片基底放置在80℃的加热板上15min，在烘箱内进行220℃固化处理20min；所述银纳米线的直径为40～55nm，长度为55～80μm。
步骤(2)中，无色透明的光固化胶采用NOA 63，以转速2000rpm进行光固化胶的旋涂。
步骤(3)中，PDMS的旋涂速度为600rpm，PDMS加热固化温度为100℃，时间为1h。
实施例6：
请参阅图1至图3，图1为本发明实施例的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的结构示意图。本发明实施例的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，所述电致变色器件自上而下包括顶层透明导电层1、离子交换膜2、电致变色层3和底层透明导电层4；每一层结构相互平行放置；顶层透明导电层1和底层透明导电层4之间的相对空隙用粘结剂5进行封装。顶层透明导电层1和底层透明导电层4之间连接外电路，用以提供正向电压U1和反向电压U2。顶层透明导电层1和底层透明导电层4为全柔性银纳米线透明导电薄膜。离子交换膜2为全氟磺酸薄膜(Nafion薄膜)，厚度为1～15μm。所述电致变色层3材料可以为无极电致变色材料，如氧化钨、氧化钛、氧化钒或其他可电致变色的金属氧化物薄膜。
本发明实施例提供一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的控制方法，包括以下步骤：
(1)离子交换膜的质子交换过程：
在透明导电层之间施加正向电压U1，在U1的作用下，全氟磺酸薄膜(Nafion薄膜)中的质子通过Nafion薄膜中的通道迁移与电致变色层3中的离子进行交换，优选正向电压为U1为1.5V～10V。
(2)电致变色层的电致变色过程：
电致变色金属氧化物薄膜中离子在得到Nafion薄膜中的质子后，并且从底层透明导电层4得到电子。在质子与电子的双重作用下，电致变色金属氧化物薄膜中的金属阳离子发生价态、折射率与透光率变化，在外观上表现为电致变色金属氧化物薄膜颜色与透光率变化。
(3)电致变色层的褪色过程
电致变色器件在撤去电压或施加反向电压U2后，电致变色金属氧化物薄膜中电子回到底层透明导电层4，电致变色金属氧化物薄膜中的金属阳离子价位再次回到初始价态、这是率与透射率，电致变色金属氧化物薄膜颜色与透光率恢复初始状态，即褪色过程发生，优选反向电压为U2为-3.5V～-5V。所述电致变色层3的初始状态、褪色态的透光率大小关系为：初始状态透光率＞褪色太透光率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，包括：顶层透明导电层(1)、离子交换膜(2)、电致变色层(3)和底层透明导电层(4)，自上而下构成顶层透明导电层-离子交换膜-电致变色层-底层透明导电层层叠结构；
其中，所述顶层透明导电层(1)和所述底层透明导电层(4)为银纳米线透明导电薄膜；所述离子交换膜(2)为全氟磺酸薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，所述顶层透明导电层(1)和所述底层透明导电层(4)之间的空隙用粘结剂(5)进行封装。
3.根据权利要求1所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，所述银纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在刚性基底上喷涂银纳米线乙醇分散液，烘干，然后在180℃～220℃温度范围下固化处理15min～20min，在刚性基底上获得银纳米线透明导电薄膜；
步骤2，在步骤1获得的银纳米线透明导电薄膜上旋涂无色透明的光固化胶，并在UV光下照射进行固化，在刚性基底上获得光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜；
步骤3，将混合均匀无气泡的PDMS旋涂在步骤2获得的光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜上；然后在60℃～100℃温度范围下对PDMS进行加热固化1h～6h；在刚性基底上获得PDMS-光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜；然后将PDMS-光固化胶-银纳米线复合透明导电薄膜从刚性基底上剥离，获得柔性基底银纳米线透明导电薄膜；
其中，所述刚性基底为疏水处理后的硅片、PET或盖玻片；所述银纳米线的直径为40nm～55nm，长度为55μm～80μm；所述无色透明的光固化胶为NOA 81、NOA61或NOA63。
4.根据权利要求1所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，所述离子交换膜(2)的厚度为1μm～15μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层(3)为电致变色金属氧化物薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层(3)的材料为无极电致变色材料。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层(3)的厚度为200nm～500nm。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的控制方法，包括以下步骤：
在顶层透明导电层(1)和底层透明导电层(4)之间施加正向电压，使得离子交换膜(2)中的质子在电场的作用下迁移，并与电致变色层(3)中的离子进行交换；
电致变色层(3)得到离子交换膜(2)中的质子后，从阴极的透明导电层得到电子；在质子与电子的双重作用下，使得电致变色层(3)中的金属阳离子发生价位变化，引起电致变色层(3)发生变色；
在顶层透明导电层(1)和底层透明导电层(4)之间施加反向电压，或者撤去顶层透明导电层(1)和底层透明导电层(4)之间的正向电压，使得电致变色层(3)中电子回到阴极的透明导电层，电致变色层(3)的金属阳离子价位再次回到初始价位，引起电致变色层(3)发生褪色。
9.根据权利要求8所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的控制方法，其特征在于，所述电致变色层的初始状态、褪色态的透光率大小关系为：初始状态透光率＞褪色太透光率。
10.根据权利要求8所述的一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件的控制方法，其特征在于，所述正向电压大于等于1.5V，所述反向电压大于等于3.5V。
CN201910557387.3A 2019-06-25 2019-06-25 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法 Pending CN110376817A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910557387.3A CN110376817A (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910557387.3A CN110376817A (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110376817A true CN110376817A (zh) 2019-10-25

Family

ID=68250682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910557387.3A Pending CN110376817A (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110376817A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112799258A (zh) * 2021-01-31 2021-05-14 河海大学 一种基于氧化钨的柔性电致变色膜复合结构及制备方法
CN114019741A (zh) * 2021-10-28 2022-02-08 深圳永德利科技股份有限公司 一种汽车用电致变色膜

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101320818A (zh) * 2008-07-15 2008-12-10 山东东岳神舟新材料有限公司 一种纤维增强多层含氟离子交换膜
CN101381866A (zh) * 2008-09-02 2009-03-11 西安交通大学 一种离子聚合物-金属复合材料的制备方法
US20110249314A1 (en) * 2010-04-30 2011-10-13 Soladigm, Inc. Electrochromic devices
CN102338960A (zh) * 2010-07-26 2012-02-01 介面光电股份有限公司 2d/3d影像切换显示装置
CN103797411A (zh) * 2011-09-16 2014-05-14 独立行政法人产业技术综合研究所 嵌入有非水系氢离子导电性电解质层的反射型调光电致变色元件以及使用了它的调光构件
CN104880884A (zh) * 2015-04-30 2015-09-02 游少雄 一种电致变色智能玻璃及其制造方法
CN104916351A (zh) * 2015-06-23 2015-09-16 广州聚达光电有限公司 一种柔性透明导电薄膜及其制备方法
CN106249500A (zh) * 2016-08-25 2016-12-21 北京工业大学 一种基于非晶态‑纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法
CN107068291A (zh) * 2017-04-10 2017-08-18 武汉理工大学 一种转移银纳米线透明导电薄膜到柔性衬底的方法
CN107438793A (zh) * 2015-03-09 2017-12-05 金泰克斯公司 具有塑料衬底的电化学装置
CN107608156A (zh) * 2017-08-25 2018-01-19 北京工业大学 一种柔性可调谐可见‑近红外波段分支光波导器件及其制备方法
CN207037308U (zh) * 2017-06-12 2018-02-23 上海洞舟实业有限公司 一种柔性的固态电致变色器件
CN107814917A (zh) * 2017-11-15 2018-03-20 江西科技师范大学 一种氢键交联本征可拉伸电致变色聚合物及其制备方法
CN109212859A (zh) * 2018-10-12 2019-01-15 上海洞舟实业有限公司 一种弹性可拉伸的电致变色器件
CN109504015A (zh) * 2018-11-14 2019-03-22 常州铱视光电科技有限公司 基于组合策略的电致变色聚合物材料及制备电致变色器件

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101320818A (zh) * 2008-07-15 2008-12-10 山东东岳神舟新材料有限公司 一种纤维增强多层含氟离子交换膜
CN101381866A (zh) * 2008-09-02 2009-03-11 西安交通大学 一种离子聚合物-金属复合材料的制备方法
US20110249314A1 (en) * 2010-04-30 2011-10-13 Soladigm, Inc. Electrochromic devices
CN102338960A (zh) * 2010-07-26 2012-02-01 介面光电股份有限公司 2d/3d影像切换显示装置
CN103797411A (zh) * 2011-09-16 2014-05-14 独立行政法人产业技术综合研究所 嵌入有非水系氢离子导电性电解质层的反射型调光电致变色元件以及使用了它的调光构件
CN107438793A (zh) * 2015-03-09 2017-12-05 金泰克斯公司 具有塑料衬底的电化学装置
CN104880884A (zh) * 2015-04-30 2015-09-02 游少雄 一种电致变色智能玻璃及其制造方法
CN104916351A (zh) * 2015-06-23 2015-09-16 广州聚达光电有限公司 一种柔性透明导电薄膜及其制备方法
CN106249500A (zh) * 2016-08-25 2016-12-21 北京工业大学 一种基于非晶态‑纳米晶复合结构的柔性电致变色器件及其制备方法
CN107068291A (zh) * 2017-04-10 2017-08-18 武汉理工大学 一种转移银纳米线透明导电薄膜到柔性衬底的方法
CN207037308U (zh) * 2017-06-12 2018-02-23 上海洞舟实业有限公司 一种柔性的固态电致变色器件
CN107608156A (zh) * 2017-08-25 2018-01-19 北京工业大学 一种柔性可调谐可见‑近红外波段分支光波导器件及其制备方法
CN107814917A (zh) * 2017-11-15 2018-03-20 江西科技师范大学 一种氢键交联本征可拉伸电致变色聚合物及其制备方法
CN109212859A (zh) * 2018-10-12 2019-01-15 上海洞舟实业有限公司 一种弹性可拉伸的电致变色器件
CN109504015A (zh) * 2018-11-14 2019-03-22 常州铱视光电科技有限公司 基于组合策略的电致变色聚合物材料及制备电致变色器件

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112799258A (zh) * 2021-01-31 2021-05-14 河海大学 一种基于氧化钨的柔性电致变色膜复合结构及制备方法
CN112799258B (zh) * 2021-01-31 2022-03-08 河海大学 一种基于氧化钨的柔性电致变色膜复合结构及制备方法
CN114019741A (zh) * 2021-10-28 2022-02-08 深圳永德利科技股份有限公司 一种汽车用电致变色膜

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100410791C (zh) 溶胶-凝胶制备全固态电致变色器件的方法
CN110277198B (zh) 一种柔性基底银纳米线透明导电薄膜及其制备方法
CN110764331B (zh) 一种超快响应、防过充电致变色器件及其制备方法
CN106997134A (zh) 一种智能遥控自供能电致变色窗及其制备方法
TW200937648A (en) Dye-sensitized solar cell module
CN108010637B (zh) 一种柔性透明电极的制备方法
CN103123431B (zh) 一种基于聚噻吩及其衍生物和离子液体电解质的电致变色器件及其应用
CN113433751B (zh) 一种多色态电致变色器件及其制备方法
CN104570534B (zh) 全固态无机电致变色器件及其制备方法
Li et al. Recent advances in inorganic electrochromic materials from synthesis to applications: critical review on functional chemistry and structure engineering
JP2022549081A (ja) フレキシブルエレクトロクロミック素子の製造方法
CN110376817A (zh) 一种基于离子交换膜的柔性全固态电致变色器件及其控制方法
CN102183862B (zh) 一种具有单基板结构的电致变色器件
CN103760695B (zh) 一种采用纳米银导电层的调光玻璃及其制造方法
CN106229037B (zh) 一种柔性复合透明导电膜及其制备方法
CN108447617B (zh) 一种保护纳米银线透明导电薄膜的方法
CN105607376A (zh) 固态全无机钨系电致变色玻璃
CN108089388A (zh) 一种选控电调光器件工作电压的方法
JP4239660B2 (ja) エレクトロクロミック素子
CN109786560A (zh) 基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池及其应用
CN208872988U (zh) 电致变色器件组件及电致变色器件
CN207440489U (zh) 一种电致变色器件
WO2005122321A1 (ja) 色素増感型太陽電池及びその製造方法
CN113189822A (zh) 一种电致变色器件及其制备方法
JP4106617B2 (ja) プロトン伝導微粒子の製造方法、プロトン伝導微粒子塗布液、プロトン伝導樹脂製造用塗布液、プロトン伝導樹脂、固体燃料電池及びエレクトロクロミック素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191025