多彩电致变色结构、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种多彩电致变色结构，包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间；所述工作电极包括彼此相对且平行设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面之间设置有介质层，所述第一反射面、第二反射面与介质层组成光学腔，所述介质层主要由电致变色材料组成。本发明专利技术的多彩电致变色结构可以实现结构色和电致变色的融合，显现出丰富多彩的颜色变化，且其结构简单，易于制备，成本低廉，具有广阔的应用前景。本发明专利技术还公开了所述多彩电致变色器件的制备方法、调控方法以及包含所述多彩电致变色结构的装置等。

【技术实现步骤摘要】
多彩电致变色结构、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种电致变色器件，具体涉及一种多彩电致变色结构、其制备方法及应用，属于光电

技术介绍
电致变色是电致变色材料的电子结构和光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场或者电流的作用下发生稳定、可逆的变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。由电致变色材料做成的电致变色器件已经广泛应用于智能窗、显示器、成像设备等。传统的电致变色可分为两种模型，透过型电致变色器件和反射型电致变色器件。然而，电致变色器件的颜色仅仅只由电致变色材料本身的电子结构和光学属性决定，属于化学色。对于特定电致变色材料或者制备的电致变色器件，其颜色变化有限，这大大限制了电致变色在显示器、成像设备等领域的应用。文献CN104423114A公开了一种全固态电致变色复合器件，其主要是通过在三氧化钨基电致变色器件的外层透明导电层上叠加含有底色的PVD装饰镀颜色层形成。当电致变色层未加电压而表现为透明无色时，器件呈现出PVD本身的底色；当电致变色层施加电压而变蓝时，器件呈现出和蓝色和PVD底色复合的颜色。通过将PVD装饰镀颜色层设计为不同的颜色，可以实现多种颜色变化的需求。然而，这种方法是将三氧化钨的颜色和底色进行颜色复合的原理，因三氧化钨的颜色只有无色到蓝色两种状态，所以这种方法实现的多彩调制也非常有限。另外，这种方案需要设计不同的PVD装饰镀颜色层与电致变色的透明导电层叠加，成本高，还增大了整个器件的复杂程度。如何发展出颜色调制不受限且结构相对简单的多彩电致变色器件，已经成为本领域渴求解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种多彩电致变色结构、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例的一个方面提供了一种多彩电致变色结构，包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间，所述工作电极包括电致变色层；所述电致变色层包括彼此相对且平行设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面之间设置有介质层，所述第一反射面、第二反射面与介质层组成光学腔，并且在入射光入射所述光学腔时，于所述第一反射面形成的反射光和于所述第二反射面形成的反射光的相移d为所述介质层的厚度，为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，为所述入射光在透过第一反射面时的折射角。本专利技术实施例的另一个方面提供了一种多彩电致变色结构，包括彼此相对且平行设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面之间设置有介质层，所述介质层包括电致变色材料，所述第一反射面、第二反射面与介质层组成光学腔，并且在入射光入射所述光学腔时，于所述第一反射面形成的反射光和于所述第二反射面形成的反射光的相移d为所述介质层的厚度，为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，为所述入射光在透过第一反射面时的折射角。在一些实施方案中，所述第一反射面为介质层的第一表面，所述第二反射面为介质层的第二表面与金属反射层的结合界面，所述第一表面与第二表面相背对设置。在一些实施方案中，所述电致变色层包括一金属反射层和至少一介质层，所述介质层主要由电致变色材料，例如无机电致变色材料组成。在一些实施方案中，所述金属反射层还作为所述电致变色层的集流体。作为优选的实施方案，所述多彩电致变色结构是全固态结构的。本专利技术实施例的另一个方面还提供了所述多彩电致变色结构的制备方法，其包括：制作金属反射层及介质层，形成工作电极；以及将工作电极、电解质、对电极组装形成多彩电致变色结构。本专利技术实施例的另一个方面还提供了所述多彩电致变色结构的调控方法，其包括：将工作电极、对电极与电源连接形成工作电路；调整工作电极与对电极之间的电势差，以至少使介质层内电致变色材料的折射率变化，从而调控所述多彩电致变色结构的颜色。本专利技术实施例还提供了所述多彩电致变色结构的用途，例如在制作电致变色器件、图像显示设备中的应用。与现有技术相比，本专利技术实施例通过调节电致变色层中金属反射层的材质、介质层的材质和/或厚度，即可得到丰富多彩的结构色，同时通过对电致变色层施加电压，使电致变色材料的折射率变化(例如，使离子插入或脱出电致变色材料，引起电致变色材料折射率变化)，进而改变介质层的光学常数(折射率和消光因子)，最终导致电致变色结构颜色的改变，这种结构色和电致变色的融合能实现具有丰富颜色变化的多彩电致变色结构，且其制备工艺简单，成本低廉，适于规模化生产和应用，在光电技术等领域有广泛应用前景。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案中一种多彩电致变色结构的示意图；图2是图1中工作电极的结构示意图；图3是本专利技术实施例1中一种多彩电致变色器件内工作电极的结构示意图；图4A是本专利技术实施例1中不同氧化钨厚度下多彩电致变色器件中工作电极的照片；图4B是本专利技术实施例1的对照组中直接在PET塑料板上形成的氧化钨层的照片；图5为本专利技术实施例1中一种原始为粉红色的工作电极在不同电压下的照片；图6为本专利技术实施例1中一种原始为粉红色的工作电极在不同电压下的反射率曲线；图7为本专利技术实施例1中一种原始为蓝色的工作电极在不同电压下的照片；图8为本专利技术实施例1中一种原始为蓝色的工作电极在不同电压下的反射率曲线；图9是本专利技术实施例2中一种多彩电致变色器件中工作电极的结构示意图；图10是本专利技术实施例2中不同氧化钨厚度下多彩电致变色器件中工作电极的照片；图11是本专利技术实施例3中一种多彩电致变色器件中工作电极的结构示意图；图12是本专利技术实施例3中不同氧化镍厚度下多彩电致变色器件中工作电极的照片；图13是本专利技术实施例4中一种多彩电致变色器件中电致变色层的结构示意图；图14是本专利技术实施例4中不同氧化钨厚度且有银优化层时多彩电致变色器件中电致变色电极在不同电压下的图片；图15是本专利技术另一典型实施方案中一种多彩电致变色结构的示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。又及，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多彩电致变色结构，包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间，所述工作电极包括电致变色层；其特征在于：所述电致变色层包括彼此相对且平行设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面之间设置有介质层，所述第一反射面、第二反射面与介质层组成光学腔，并且在入射光入射所述光学腔时，于所述第一反射面形成的反射光和于所述第二反射面形成的反射光的相移

【技术特征摘要】
20190227 CN 20191014629371.一种多彩电致变色结构，包括工作电极、电解质和对电极，所述电解质分布于工作电极和对电极之间，所述工作电极包括电致变色层；其特征在于：所述电致变色层包括彼此相对且平行设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面之间设置有介质层，所述第一反射面、第二反射面与介质层组成光学腔，并且在入射光入射所述光学腔时，于所述第一反射面形成的反射光和于所述第二反射面形成的反射光的相移d为所述介质层的厚度，为所述介质层的折射率，λ为所述入射光的波长，为所述入射光在透过第一反射面时的折射角。


2.根据权利要求1所述的多彩电致变色结构，其特征在于：所述第一反射面为介质层的第一表面，所述第二反射面为介质层的第二表面与金属反射层的结合界面，所述第一表面与第二表面相背对设置；
优选的，若定义所述介质层第一表面上的媒介材料的折射率为则所述第一反射面的反射系数其中为入射光的入射角；优选的，若定义所述介质层第二表面上的媒介材料的折射率为则所述第二反射面的反射系数其中为入射光在透过第二反射面时的折射角；
更优选的，所述电致变色层的反射系数表示为：反射率表示为：


3.根据权利要求1所述的多彩电致变色结构，其特征在于：所述电致变色层包括一金属反射层和至少一介质层，所述介质层主要由电致变色材料组成；
优选的，所述电致变色材料选自无机材料和/或有机材料；
更优选的，所述无机材料包括过渡金属氧化物、普鲁士蓝或其衍生物、杂多酸中的任意一种或多种的组合；进一步优选的，所述过渡金属氧化物包含W、Ni、Ti、Nb、Fe、Co、Mo元素中的任意一种或多种的组合；
更优选的，所述有机材料包括有机小分子、有机聚合物、金属有机化合物中的任意一种或多种的组合；进一步优选的，所述有机小分子包括甲基紫精或紫罗精；进一步优选的，所述有机聚合物包括聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯中的任意一种或多种的组合；进一步优选的，所述金属有机化合物包括金属有机螯合物；
优选的，所述介质层与所述电解质接触；
优选的，所述介质层的厚度为0～3000nm，优选为100～500nm；
优选的，所述金属反射层的厚度在20nm以上，优选为50～3000nm；
优选的，所述金属反射层的材质包括非活泼金属；更优选的，所述非活泼金属包括金、银、铜、钨或钛；
优选的，所述金属反射层还作为所述电致变色层的集流体。


4.根据权利要求1所述的多彩电致变色结构，其特征在于：所述介质层上还设置有金属材料层和/或半导体材料层；优选的，所述金属材料层的材质包括Ag、Al、Cu或Ni；更优选的，所述金属材料层的厚度为0～30nm，尤其优选为1～10nm；优选的，所述半导体材料层包括Al2O3、SiO2、ZnS、MgF2或氮化硅；优选的，所述半导体材料层的厚度为0～300nm，尤其优选为1～100nm。


5.根据权利要求1所述的多彩电致变色结构，其特征在于：所述对电极包括透明导电电极；优选的，所述透明导电电极与介质层之间还设有离子存储层；和/或，所述工作电极还包括基底，所述电致变色层设置在所述基底上；优选的，所述基底的材质包括玻璃、有机玻璃、塑料板、木板或者金属；和/或，所述电解质包括液体电解质、凝胶电解质或固态电解质；优选的，所述电解质采用固态电解质；更优选的，所述多彩电致变色结构是全固态结构的。


6.如权利要求1-5中任一项所述多彩电致变色结构的制备方法，其特征在于包括：
制作金属反射层及介质层，形成电致变色层，进而获得工作电极；以及
将工作电极、电解质、对电极组装形成多彩电致变色结构。


7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用磁控溅射、离子镀、电子束蒸发、热蒸发、化学气相沉积、电化学沉积中的任一种方式制作形成所述的金属反射层、介质层。


8.一种多彩电致变色结构，包括彼此相对且平行设置的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志刚，王振，丛杉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32