热电双响应型变色智能光学组件、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种热电双响应型变色智能光学组件、其制备方法及应用。所述光学组件包括依次叠设的第一透明导电层、电致变色层、热致变色层和第二透明导电层，该热致变色层包含与电致变色层配合的电解质，该第一透明导电层还与一导电纳米线阵列的一端电性结合，该导电纳米线阵列的另一端连续穿过电致变色层后进入热致变色层且与第二透明导电层无直接接触，该导电纳米线阵列包括多根垂直于第一透明导电层设置的导电纳米线，各导电纳米线表面还结合有离散分布的多个导电聚合物结晶体。所述光学组件能在低电压驱动和温度变化时迅速变色，具有响应速度快，变色性能稳定等优点，同时具有近红外光调制的特性，可靠性高，对环境耐受性好，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
热电双响应型变色智能光学组件、其制备方法及应用
本申请涉及一种变色光学器件，具体涉及一种热电双响应型变色智能光学组件、其制备方法及应用。
技术介绍
电致变色（Electrochromics,EC）是材料在外加电场的作用下光学性能发生可逆变化的现象。电致变色器件（Electrochromicdevices，ECD）因其能耗低、变色效果好等优点而有望在建筑窗户、汽车防眩光后视镜、显示设备、眼镜、汽车天窗以及航天器等领域广泛应用。已知的电致变色材料一般分为三种，即无机电致变色材料（一般是过渡金属氧化物）、有机单分子变色材料（如普鲁士蓝、紫罗精、金属酞菁类化合物等）以及导电高分子材料（如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）。三氧化钨（WO3）作为一种无机电致变色材料，具有化学性质稳定、与基底结合力强等优点，但存在颜色变化单一和变色缓慢的缺点。相比而言，聚苯胺（polyaniline，PANI）则具有颜色丰富、变色迅速、柔韧性好并且可通过分子设计方式优化等特点，但是聚苯胺具有相对较低的化学稳定性（相比无机材料而言）以及很差的加工性能等缺陷。近年来，有多名研究人员尝试将WO3等金属氧化物与聚苯胺等有机材料复合制备无机-有机复合电致变色器件，虽然其在一定程度上集成了无机电致变色材料与有机电致变色材料的部分优点，但仍存在一些不足，例如，所获电致变色器件的结构稳定性较差，电致变色性能不理想，对电信号响应速度仍较慢等，因此仍有待进一步提高。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种热电双响应型变色智能光学组件、其制备方法及应用，以克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：本申请实施例提供了一种热电双响应型变色智能光学组件，其包括沿设定方向依次设置的第一透明导电层、电致变色层、热致变色层和第二透明导电层，所述热致变色层包含与电致变色层配合的电解质，所述第一透明导电层还与一导电纳米线阵列的一端电性结合，所述导电纳米线阵列的另一端连续穿过电致变色层后进入热致变色层且与第二透明导电层无直接接触，所述导电纳米线阵列包括多根垂直于第一透明导电层设置的导电纳米线，所述导电纳米线表面还结合有离散分布的多个导电聚合物结晶体。在一些实施方式中，所述电致变色层包括依次形成在第一透明导电层上的第一电致变色层、第二电致变色层，所述第一电致变色层包括聚苯胺层，所述第二电致变色层包括相互交织的多根氧化钨纳米线。在一些实施方式中，所述导电纳米线包括碳纳米管，所述导电聚合物结晶体包括聚苯胺结晶体。在一些实施方式中，所述热致变色层包括微凝胶电解质，所述微凝胶电解质含有溶剂、羟丙基纤维素和高氯酸锂。本申请实施例还提供了一种智能窗，其包括所述的热电双响应型变色智能光学组件。本申请实施例还提供了一种制备所述热电双响应型变色智能光学组件的方法，其包括：在第一透明导电层上设置导电纳米线阵列，并使所述导电纳米线阵列的一端与第一透明导电层直接结合；将所述导电纳米线阵列整体浸入第一前驱体溶液，所述第一前驱体溶液包含水、苯胺和苯甲酸，再分批加入过硫酸铵进行反应，使导电纳米线表面结合离散分布的导电聚苯胺晶体，之后将所述导电纳米线阵列取出，以去离子水清洗后自然干燥；在第一透明导电层上均匀涂布第二前驱体溶液，使导电纳米线阵列下部浸入第二前驱体溶液，所述第二前驱体溶液包含盐酸和苯胺，通过电沉积方式在第一透明导电层上形成作为第一电致变色层的聚苯胺层；在第一电致变色层上均匀涂布第三前驱体溶液，所述第三前驱体溶液包含分散介质以及均匀分散在分散介质内的氧化钨纳米线和聚苯胺纳米线，并使导电纳米线阵列中部浸入第三前驱体溶液，之后真空烘干，形成第二电致变色层；在第二电致变色层上涂布微凝胶电解质而形成热致变色层，并使所述导电纳米线阵列的另一端位于所述热致变色层内；将所述第一电致变色层、第二电致变色层及热致变色层密封封装于第一透明导电层和第二透明导电层之间。本申请实施例还提供了所述热电双响应型变色智能光学组件或者所述智能窗的使用方法，其包括：将热电双响应型变色智能光学组件与直流电源电连接而形成工作回路。较之现有技术，本申请实施例提供的热电双响应型变色智能光学组件能在低电压驱动和温度变化时迅速变色，具有响应速度快，变色性能稳定等优点，同时具有近红外光调制的特性，并且结构稳固，可靠性好，对高温环境和低温环境耐受性好，使用寿命长。附图说明图1为本申请一典型实施方式中一种热电双响应型变色智能光学组件的结构示意图；图2是本申请一典型实施方式中一种热电双响应型变色智能光学组件的制备工艺示意图；图3是本申请实施例1中第二电致变色层的电镜照片；图4是本申请实施例1中一种热电双响应型变色智能光学组件在不同情况下的光透过率测试图。附图标记说明：第一透明导电层1、第一电致变色层2、第二电致变色层3、热致变色层4、第二透明导电层5、密封垫片6、导电纳米线阵列7、导电聚苯胺晶体8。具体实施方式鉴于现有技术的不足，本申请的专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本申请的技术方案，如下将予以更为详细的说明。本申请实施例的一个方面提供了一种热电双响应型变色智能光学组件，其包括沿设定方向依次设置的第一透明导电层、电致变色层、热致变色层和第二透明导电层，所述热致变色层包含与电致变色层配合的电解质，所述第一透明导电层还与一导电纳米线阵列的一端电性结合，所述导电纳米线阵列的另一端连续穿过电致变色层后进入热致变色层且与第二透明导电层无直接接触，所述导电纳米线阵列包括多根垂直于第一透明导电层设置的导电纳米线，所述导电纳米线表面还结合有离散分布的多个导电聚合物结晶体。在前述的这些实施方式中，所述热电双响应型变色智能光学组件因同时包含电致变色层、热致变色层，可以响应温度、电信号的驱动而变色，且热致变色层同时作为与电致变色层配合的电解质层，使得该光学组件的结构更为简单紧凑，可以制作得更为轻薄。尤为重要的是，其中通过设置导电纳米线阵列，并在组成导电纳米线阵列的各导电纳米线表面结合离散分布的导电聚合物结晶体，一方面可以提高电子在各结构层之间的传输效率，以及，促进离子在热致变色层与电致变色层的迁移速率，同时还可加强各结构层之间的结合力，缓解甚至消除各结构层因温度变化、外界冲击等因素而相互分离等问题，使该光学组件对于驱动电信号有更快的响应速度和更高的变色稳定性，且结构更为牢固可靠，对环境耐受性更好。在一些实施方式中，所述电致变色层包括依次形成在第一透明导电层上的第一电致变色层、第二电致变色层，所述第一电致变色层包括聚苯胺层，所述第二电致变色层包括相互交织的多根氧化钨纳米线。在一些实施方式中，所述氧化钨纳米线的长度为500nm~20μm、直径为5nm~20nm。在一些实施方式中，所述第二电致变色层包含85wt%~99wt%氧化钨纳米线和1wt%~15wt%聚苯胺纳米线，所述聚苯胺纳米线与氧化钨纳米线相互交织形成多孔网络结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于包括沿设定方向依次设置的第一透明导电层、电致变色层、热致变色层和第二透明导电层，所述热致变色层包含与电致变色层配合的电解质，所述第一透明导电层还与一导电纳米线阵列的一端电性结合，所述导电纳米线阵列的另一端连续穿过电致变色层后进入热致变色层且与第二透明导电层无直接接触，所述导电纳米线阵列包括多根垂直于第一透明导电层设置的导电纳米线，所述导电纳米线表面还结合有离散分布的多个导电聚合物结晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于包括沿设定方向依次设置的第一透明导电层、电致变色层、热致变色层和第二透明导电层，所述热致变色层包含与电致变色层配合的电解质，所述第一透明导电层还与一导电纳米线阵列的一端电性结合，所述导电纳米线阵列的另一端连续穿过电致变色层后进入热致变色层且与第二透明导电层无直接接触，所述导电纳米线阵列包括多根垂直于第一透明导电层设置的导电纳米线，所述导电纳米线表面还结合有离散分布的多个导电聚合物结晶体。


2.根据权利要求1所述的热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于：所述电致变色层包括依次形成在第一透明导电层上的第一电致变色层、第二电致变色层，所述第一电致变色层包括聚苯胺层，所述第二电致变色层包括相互交织的多根氧化钨纳米线。


3.根据权利要求2所述的热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于：所述氧化钨纳米线的长度为500nm~20μm、直径为5nm~20nm；和/或，所述第二电致变色层包含85wt%~99wt%氧化钨纳米线和1wt%~15wt%聚苯胺纳米线，所述聚苯胺纳米线与氧化钨纳米线相互交织形成多孔网络结构，所述多孔网络结构的孔隙率为30%~60%，所含孔洞孔径为5nm~10μm。


4.根据权利要求3所述的热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于：所述聚苯胺纳米线的长度为1μm~30μm、直径为10nm~50nm。


5.根据权利要求1所述的热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于：所述导电纳米线包括碳纳米管，所述导电聚合物结晶体包括聚苯胺结晶体；和/或，所述导电纳米线阵列中相邻导电纳米线之间的距离为10μm~200μm；和/或，所述热致变色层包括微凝胶电解质，所述微凝胶电解质含有质量比为100:1~10:1的溶剂和羟丙基纤维素，所述溶剂包括质量比为1:4~2:3的甘油与水，并且所述凝胶电解质还含有0.1~1mol/L的高氯酸锂。


6.根据权利要求1所述的热电双响应型变色智能光学组件，其特征在于：所述第一透明导电层、第二透明导电层还与电源电连接而形成一工作回路，所述工作回路中还串联有开关控件；和/或，所述电致变色层、热致变色层被密封封装于第一透明导电层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泳娟，贺强，周钰明，卜小海，仲洋洋，张一卫，何曼，鲍杰华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32