一种柔性电致变色器件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种柔性电致变色器件及其制备方法和应用，所述柔性电致变色器件包括依次排布的第一柔性透明电极层、离子传导层、电子阻挡层、电致变色层和第二柔性透明电极层，所述电致变色层通过使用表面具有籽晶涂层的第二柔性透明电极以水热法生长二氧化钒纳米棒阵列形成。阵列形成。阵列形成。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电致变色器件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及化工材料合成和功能材料
，特别涉及一种柔性电致变色器件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]能源是维持国家经济持续发展、保障人民物质生活水平的重要基础。如今，能源短缺、环境污染等问题日益严峻，科学家在开发新能源的同时也在努力寻找节能降耗的方法。建筑是人类进行生产生活活动的主要场所之一，在人类生产生活总能耗中，建筑能耗占有很大比例，而在建筑能耗中，用于改善建筑舒适度的照明和空调系统的能耗，在建筑总能耗中所占的比例超过75％。这两部分的能耗都与门窗玻璃有关，因此开发具有节能效果的建筑玻璃是实现建筑节能的重要途径。目前的建筑玻璃控制能量损失的方式是静态的，例如在红外波段具有高反射率的Low
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E玻璃，能阻止红外线透过窗户；中空玻璃，利用空气导热系数低来减少室内外之间的传导散热。上个世纪80年代，科学家基于电致变色材料，提出了“智能窗”的概念——一种主动调控可见/近红外透射光线强弱的建筑窗体结构材料，能够根据室内外环境的差异动态调节射入室内光线的强弱，减少空调和照明系统的使用，与Low
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E、中空玻璃组合在一起可以达到更好的节能效果。电致变色材料的性能决定了“智能窗”调节光线能力的强弱，电致变色材料也因此引起了广泛的重视。电致变色是指材料的光学属性，如透过率，反射率在低电压驱动下发生可逆的颜色变化现象，在外观上表现为蓝色和透明态之间的可逆变化。电致变色作为如今研究的热点，应用领域广。电致变色器件及技术主要应用于节能建筑玻璃、其他移动体车窗上、汽车防眩后视镜、显示屏、电子纸、隐身伪装等领域。Low
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E是一种低辐射玻璃，工作原理是反射大部分的红外线，减少进入室内的热量。中空玻璃是减少室内外的热交换。其其目的都是减少室内制冷能耗。但是这两种窗户以及他们的组合都仅仅是有利于降温，而不能调控。即，冬天寒冷的时候，热量依然进不来。
[0003]传统电致变色器件主要有五层薄膜组成、包括两层透明导电层、离子储存层、电致变色层、以及离子传导层。其中，离子储存层辅助电致变色层在第一，第二导电层上施加低电压实现电致变色反应。离子传导层是提供锂离子及扩散薄膜层，担负着电场作用下确保离子传导率，其结构与制备工艺是保证器件电致变色性能的最重要的技术之一。电致变色器件可按离子传导层的状态可分为三种，分别为：液态电致变色器件，凝胶态电致变色器件以及全固态电致变色器件，其中凝胶态电致变色器件又为准固态电致变色器件。相对于液态电致变色器件的封装、漏液等问题；相对于全固态电致变色器件的响应时间慢、离子导电性较差等问题，准固态电致变色器件稳定性较佳、制备工艺简单、并且其响应时间又高于全固态电致变色器件。另一方面，柔性器件相比刚性器件有更高的技术要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中电致变色器件(例如用于智能窗时)响应速度慢，高压承载能力弱，着色效率低等问题，目的在于提供一种柔性电致变色器件及其制备方法和应用。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种柔性电致变色器件，所述柔性电致变色器件包括依次排布的第一柔性透明电极层、离子传导层、电子阻挡层、电致变色层和第二柔性透明电极层，所述电致变色层通过使用表面具有籽晶涂层的第二柔性透明电极以水热法生长二氧化钒纳米棒阵列形成。
[0006]本专利技术的柔性电致变色器件，依次排布有第一柔性透明电极层、离子传导层、电子阻挡层、电致变色层和第二柔性透明电极层，本专利技术设计的VO2纳米棒阵列结构，显著提高了VO2与电解质的接触面积，即提高了离子的迁移数量。本专利技术首次提出在柔性透明电极表面化学法生长VO2纳米棒阵列，并设计上述结构，能抑制响应速度慢，着色效率低的问题。且面积提高增加了树脂层与纳米棒阵列的结合力。同时，通过插入一层SiO2电子阻挡层，能够减小器件中的漏电现象，提高器件的着色效率。电子在器件内部传递即发生短路，与阳离子结合之后形成金属，即无法再在外加电场作用下迁移，变成“死点”。本专利技术的电子阻挡层，能阻挡电子在器件内部传递，提高电子利用率和器件的循环寿命。此外，能通过电解质与电极直接接触，进一步提高阳离子的迁移能力。本专利技术的柔性电致变色器件具有广泛的应用场景，可应用于建筑幕墙玻璃、交通工具窗户、柔性智能窗、柔性显示屏、电子纸、智能可穿戴领域，尤其适用于汽车，建筑外墙，轮船等需要隔热的设施。能够根据需要主动调控进入室内的红外光，从而减少室内的制冷能耗。例如，可以直接贴在建筑，汽车，高铁或者飞机等潜在应用设施上，而不需要更换窗户玻璃，降低了生产成本；可以贴在异形器件表面，这种器件往往难以通过常规方法直接制备电致变色器件，拓宽了应用范围。
[0007]所述二氧化钒纳米棒阵列中单根二氧化钒纳米棒的长度可为20～200nm，直径可为20～40nm。
[0008]所述籽晶涂层的主要成分可为二氧化钒和/或二氧化钛。
[0009]所述电致变色层的厚度可为20～200nm。
[0010]所述电子阻挡层材料可为SiO2，厚度为1～20nm。
[0011]所述离子传导层的材料可为基于树脂材料的阳离子传导层，其中阳离子为Li
+
、Al
3+
中的至少一种。
[0012]第二柔性透明电极层可以由Cu纳米线、Au纳米线、Ag纳米线和Al纳米线等中的至少一种构成。金属纳米线电极可以很好地透过可见光和红外光，并可抑制例如使用双层ITO电极造成透过率低、限制应用范围。第二柔性透明电极层厚度可为100
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400nm，方阻可为3
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100Ω/cm2，透过率大于75％。
[0013]第一柔性透明电极层可以由FTO透明导电电极、ITO透明导电电极、ATO透明导电电极、AZO透明导电电极中至少一种构成。第一柔性透明电极层厚度可为100
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400nm，方阻可为3
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100Ω/cm2，透过率大于75％。
[0014]本专利技术提出的柔性电致变色器件通过电主动调控，能够适应各种不同的场合。能通过施加电压使阳离子向所述电致变色层(VO2电致变色层)迁移并嵌入，使其成为红外光阻隔状态(红外光低透)，红外光平均透过率(器件整体红外透过率)可为5％
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10％。另一方面，能通过施加电压使阳离子从VO2电致变色层脱出，使其成为红外光透过状态(红外光高透)，红外光透过率50
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70％。因此，本专利技术的柔性电致变色器件能够实现根据外加电压进行红外光调控，满足不同的需求。
[0015]第二方面，本专利技术提供制备上述任一种柔性电致变色器件的方法，包括：
在第二柔性透明电极表面旋涂制备籽晶涂层，通过水热法生长VO2纳米棒；在所述VO2纳米棒表面通过磁控溅射沉积电子阻挡层；在所述电子阻挡层表面涂覆树脂浆料，进行固化处理，形成树脂基离子传导层；以及在所述树脂基离子传导层表面制备第一柔性透明电极。
[0016]通过水热法生长VO2纳米棒可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电致变色器件，其特征在于，所述柔性电致变色器件包括依次排布的第一柔性透明电极层、离子传导层、电子阻挡层、电致变色层和第二柔性透明电极层，所述电致变色层通过使用表面具有籽晶涂层的第二柔性透明电极以水热法生长二氧化钒纳米棒阵列形成。2.根据权利要求1所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述二氧化钒纳米棒阵列中单根二氧化钒纳米棒的长度为20～200nm，直径为20～40nm。3.根据权利要求1或2所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层的厚度为20～200 nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述电子阻挡层材料为SiO2，厚度为1～20 nm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性电致变色器件，其特征在于，所述离子传导层的材料为基于树脂材料的阳离子传导层，其中阳离子为Li
+
和/或Al
3+
。6.一种权利要求1至5中任一项所述的柔性电致变色器件在建筑幕墙玻璃、交通工具窗户、柔性智...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹逊，黄爱彬，邵泽伟，贾汉祥，金平实，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：