一种柔性的电致变色薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性的电致变色薄膜，其自下而上依次包括基底、导电加热层和热致变色涂层；其中，所述导电加热层，其原料包括导电材料和含有聚合物粘结剂的油墨；所述热致变色涂层，其是基于光子材料或热致变色材料；所述导电加热层为至少一层。本发明专利技术技术方案公开的基于热致变色涂层的、电热驱动光学特性调节的柔性的电致变色薄膜，其具有高透明度，并可通过可扩展涂层技术制造，且可以实现roll

【技术实现步骤摘要】
一种柔性的电致变色薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机光电领域，特别涉及一种柔性的电致变色薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]热致变色器件可在暴露于热刺激的环境下时，改变其光学特性，并在传感器、智能窗口和防伪标签等各种应用领域中有广阔的潜力。尽管其光学特性会随着热波动而自动改变，但通过电操纵响应的设备可能会更方便用户使用。一种快速有效的实现方法是利用电热刺激，即向导电系统施加电流或电压时，电热刺激会导致温度升高；产生的热量取决于流经导体的电流，从而可以精确控制电热刺激。因此，热敏系统可以配备加热元件，该加热元件可以超过由环境温度引起的初始热响应，甚至在使用图案化电极时允许局部加热。尽管电热驱动光子器件的研究前景广阔，但该领域的主要挑战之一是开发能显示多色调谐的高度灵活、透明的系统，这对显示器和窗口应用很有吸引力。
[0003]大多数关于电致变色器件的报道都使用热致变色染料或聚合物，当施加电热刺激时，它们只能在有色、无色或两种状态的中间状态切换。由于光学质量较低，这些系统仅限于非透明设备。然而，最近的成果进展实现了电热驱动的结构色可调系统，但这些系统仅限于刚性、透明或柔性、不透明的设备结构。此外，由于对可扩展工艺的需求，因此推广到大面积应用仍然相当困难。为了建立具有高透明度和灵活性的电热驱动多色光子系统，应使用对上述特性影响有限的集成加热器。
[0004]透明加热器由一层薄膜导电层组成，在该导电层表面区域施加电流或电压时，其能有效地诱导焦耳加热，从而产生快速、可控的加热速率。目前，透明导电氧化物，尤其是氧化铟锡，是制造透明加热器的最主要导电材料，但由于其机械灵活性有限而受到使用限制。经过深入研究，人们开发出了各种各样可以用作节能加热器的导电材料。银纳米线(AgNWs)在这一领域引起了特别的关注，因为它们集成的透明加热器能通过其渗透网络将高光学透明度与低片电阻结合在一起。此外，这些金属纳米线可以在塑料基底上进行溶液处理，从而允许通过多种工艺制造柔性加热器，如喷涂、丝网印刷和喷墨印刷。将金属纳米线集成到器件中需要基底和纳米线之间具有良好的粘附性，因此可以将聚合物材料添加到此类油墨中，从而在沉积后形成封装膜，以促进均匀加热。
[0005]为了获得热致变色器件，可以利用在温度波动时发生相变的无机纳米晶体、有机染料或水凝胶。基于水凝胶或嵌段共聚物的光子结构也可用于实现热致变色响应。另一类常用于实现热致变色结构色变化的材料是胆甾型液晶(CLC)。由于液晶分子的周期性螺旋结构，CLC可以反射特定波长范围和特定手性的圆偏振光。反射带的中心波长取决于节距长度，节距长度由叠加螺旋的周期性定义。当使用热致变色CLC混合物时，由于加热和冷却时螺旋的重组，可以通过缩短或扩大节距长度来改变初始反射颜色。热致变色CLC涂层可通过多种方法获得，例如聚合物分散液晶(PDLC)、侧链或主链液晶聚合物，或通过创建单个基底单元。在PDLC法中，热敏低分子量液晶混合物被封装在液滴中并加入聚合物粘合剂中，以获得坚固的热致变色涂层。还可以制备含有热致变色CLC材料的微胶囊。这些微胶囊能与可固
化粘合剂混合，并作为涂层使用。热致变色液晶聚合物体系，例如基于聚硅氧烷的体系或主链低聚物，也可以直接涂覆在刚性或柔性基底上。这些体系通常需要加入聚合物网络或应用面漆来产生机械坚固的涂层体系。这种保护性面漆也可以通过定向控制的光诱导相分离(PIPS)获得。在这种体系中，可聚合单体与非反应性液晶部分不相溶，并在光聚合过程中迁移到涂层
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空气界面形成硬面漆。最终，形成丙烯酸聚合物面漆，保护下面的热致变色、非反应性CLC部分。
[0006]现有技术中，包括多种电热驱动的变色系统。目前，这些通过电热刺激改变其光学特性的设备由于其结构而缺乏灵活性或透明度。例如，含有热致变色颜料的薄膜可以应用在图案化电极上，以便在施加电压时局部加热薄膜。尽管展示了灵活性，但由于色素的吸光度特性导致光学质量较低，此类系统不适合用于透明应用。此外，这些颜料仅限于有色和非有色不透明状态之间的变化，因此无法实现多色调节。此外，还可以使用含有热致变色荧光部分或通过热诱导构象变化显示颜色变化的聚合物。这些聚合物可以包覆在导电纤维周围或作为油墨印刷在导电电极上。然而这些聚合物只能在两种颜色状态之间切换，并且与热致变色颜料一样，缺乏用于透明设备的光学质量。
[0007]为了实现电热调色，可以使用热致变色光子系统，例如光子嵌段共聚物、弹性反蛋白石和胆甾相液晶。这些材料显示出反射性结构色，可通过温度变化或电热刺激而改变为各种颜色。尽管电热驱动的光子器件多种多样，但目前的系统仅限于刚性、透明或柔性、不透明的器件形式。然而，由于多层器件中的一层或多层的机械或光学性能较差，因此将电致变色光子器件的灵活性和透明度结合起来仍然具有挑战性。当将这些材料应用于带有导电电极的刚性基板(如玻璃)上时，可能会产生电热响应。尽管这些材料已被用于制造透明电热驱动的变色装置，但它们尚未应用于柔性基板，因此限制了这些系统的应用范围。一些例子示出了在柔性基底上的电热驱动光子变色器件，但这些器件是不透明的，并且无法采用能够大面积应用的涂层技术制备。例如，采用复杂的像素结构、多层旋涂工艺制造，或者包括需要在模具中沉淀且需化学蚀刻步骤的光子反蛋白石水凝胶。
[0008]并且到目前为止，这种热致变色涂层从未与透明导电加热层集成于柔性基底上，以诱导光学特性的电热调节，并创建电致变色柔性薄膜器件。
[0009]因此，亟需找到一种技术方案，来解决本领域的技术难题。

技术实现思路

[0010]本专利技术技术方案公开了一种基于热致变色涂层的、电热驱动光学特性调节的柔性的电致变色薄膜，其具有高透明度，并可通过可扩展涂层技术制造，且可以实现roll
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to
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roll的生产方式。本专利技术还公开了上述柔性的电致变色薄膜的制备方法。
[0011]本专利技术的一个目的是提供一种柔性的电致变色薄膜，其自下而上依次包括基底、导电加热层和热致变色涂层；
[0012]其中，
[0013]所述导电加热层，其原料包括导电材料和含有聚合物粘结剂的油墨；
[0014]所述热致变色涂层，其原料包括热致变色材料；
[0015]所述导电加热层为至少一层。
[0016]优选地，所述聚合物粘结剂，可以但不限于为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚酰亚
胺的一种或多种。
[0017]进一步地，所述基底选自柔性薄膜，所述柔性薄膜的可选对象选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、双向取向聚丙烯或聚碳酸酯的一种或多种。
[0018]进一步地，所述导电加热层中，导电材料选自金属纳米材料、碳纳米材料、石墨烯材料、ITO材料的一种或多种。
[0019]上述材料的形状或形态，可以但不限于为颗粒状、管状、条状、线状等。上述金属，可以但不限于为金、银、铜、铝、铂、铁，或上述两种或多种金属的合金。
[0020]优选地，所述导电材料可以包括但不限于为银纳米线，或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性的电致变色薄膜，其特征在于，所述柔性的电致变色薄膜自下而上依次包括基底、导电加热层和热致变色涂层；其中，所述导电加热层，其原料包括导电材料和含有聚合物粘结剂的油墨；所述热致变色涂层，其是基于光子材料或热致变色材料；所述导电加热层为至少一层。2.根据权利要求1所述柔性的电致变色薄膜，其特征在于，所述基底选自柔性薄膜，所述柔性薄膜的可选对象选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、双向取向聚丙烯或聚碳酸酯的一种或多种。3.根据权利要求1所述柔性的电致变色薄膜，其特征在于，所述导电加热层中，导电材料选自金属纳米材料、碳纳米材料、石墨烯材料、ITO材料的一种或多种。4.根据权利要求1所述柔性的电致变色薄膜，其特征在于，所述光子材料选自胆甾相液晶、光子嵌段共聚物、光子粒子阵列、光子反蛋白石结构、分布式布拉格反射器；所述热致变色材料选自热致变色无机材料。5.根据权利要求1所述柔性的电致变色薄膜，其特征在于，所述导电加热层是连续的。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿恩，
申请(专利权)人：克莱梅得科技有限公司，
类型：发明
国别省市：