用于动态光通量控制的电致变色双层装置及其制备方法制造方法及图纸

对可见光和近红外(NIR)辐射具有独立的波段选择性的宽带电致变色装置(ECD)由于其相对于常规ECD的功能益处已经引起了极大的关注。ECD中的独立的双波段活性通常需要通过共混/分层放置在两个不同区域中具有活性的不同材料来进行特殊构建。本发明专利技术提供了一种宽带电致变色装置，其包括多晶纳米片层和非晶多孔层。在此证明，通过采用相同材料的双层电极(即在多晶WO3·

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于动态光通量控制的电致变色双层装置及其制备方法


[0001]本专利技术涉及用于电致变色涂层和器件的动态光通量控制制造的电致变色装置。特别地，本专利技术涉及实现了从可见波长区域延伸到红外波长区域的非常高的宽带光学调节的电致变色双层涂层，其中所述双层的调节波长是电压选择性的。更特别地，本专利技术还涉及使用上述双层电极的电致变色装置的制造方法。
[0002]本专利技术的背景和现有技术
[0003]电致变色被定义为通过施加电压造成的可逆光学性能变化。电致变色材料用于调节其透射率、反射率、吸光度或发射率的电化学装置。一种典型的电致变色装置(ECD)通过将离子传导电解质夹在两个透明导电氧化物涂覆的玻璃(TCO/玻璃)之间来构造，所述两个透明导电氧化物涂覆的玻璃中的至少一个应当层压有活性层(active layer)。另一个电极中的互补(complimentary)电致变色涂层的使用是任选的，其可以提供更多稳定性、中性颜色再现等。图1示意性示出了在互补衬底中具有阴极和阳极电致变色涂层的ECD的横截面。电解质膜应是离子(M
+
)传导性和电子(e
‑
)阻挡性的，以防止两个电极的电气短路。当施加合适的电压脉冲时，电致变色层变得有色或漂白，同时对电极层作为离子储存/颜色中和层。着色效率、调节波长范围、响应时间、写入
‑
擦除效率等是ECD的性能评价的一些标准。
[0004]可以参考专利FR2969323A1/FR2969323B1，其中描述了具有双层电极的固态红外活性电致变色装置。
[0005]可以参考专利PCT/US2012/047935，其中通过构建WO3‑
x
纳米晶体和a
‑
NbO
x
玻璃的共混物而报告了一种动态(可见光和NIR调节)ECD。
[0006]可以参考文章D.J.Milliron等人，Nature 2013,500,323；D.J.Milliron等人，Chem.Commun.2014,50,10555；D.J.Milliron等人，Adv.Opt.Mater.2013,1,215，其中开发了表现出高对比NIR调节的透明导电氧化物(TCO)(比如掺铟氧化锡或掺铝氧化锌)的等离子体激元电致变色(EC)纳米晶体，并且将其与可见光调节组分共混。
[0007]可以参考文章H.Gu等人，ACS Nano,2018,12,559，其中展示了通过依次沉积冠型多金属氧酸盐(K
28
Li5H7P8W
48
O
184
·
92H2O)和W
18
O
49
纳米线制成的电极的电压选择性EC调节区。
[0008]可以参考文章Z.Wang等人，Adv.Opt.Mater.2017,5,1700194，其中通过利用上层(普鲁士蓝)的固有结构隧道来促进可以在第二层(W
18
O
49
)中触发NIR调节的离子的容纳和传输，从而提供了一种简化方法。
[0009]可以参考专利KR20170101702A，其中其涉及一种具有改善的电致变色速度和耐久性的电致变色元件及其制造方法。该电致变色元件依次包括第一衬底、第一电极层、电致变色层、电解质层、离子储存层和第二电极层。
[0010]在本专利技术中，已经开发了通过将纳米晶体和非晶WO3电致变色层组合到一起的电致变色装置。此处公开的本专利技术通过规避现有技术中描述的多种处理和操作缺点而提供益处和新颖性。另外，本专利技术还描述了选择电致变色材料以使得那些材料可以有效地层叠为用于强化装置功能的层的过程。
[0011]本专利技术的新颖性在于以下方面：其描述了筛选/选择电致变色材料以使得那些材料可以有效地层叠为用于强化装置功能的层的过程。此外，现有技术中不存在这些材料用于制造电致变色装置的用途。另外，现有技术中不存在制备光谱选择性电极的该层叠顺序。
[0012]所使用的缩写
[0013]a
‑
WO3‑
非晶氧化钨
[0014]WO3‑
氧化钨
[0015]ECD
‑
电致变色装置
[0016]TCO
‑
透明导电氧化物
[0017]FTO
‑
掺氟氧化锡
[0018]LiClO4‑
高氯酸锂
[0019]NIR
‑
近红外
[0020]PC
‑
碳酸亚丙酯
[0021]PMMA
‑
聚甲基丙烯酸甲酯
[0022]THF
‑
四氢呋喃
[0023]SPE
‑
固体聚合物电解质
[0024]XRD
‑
X射线衍射
[0025]SEM
‑
扫描电子显微术
[0026]TEM
‑
透射电子显微术
[0027]专利技术目的
[0028]本专利技术的主要目的是通过将由不同电压驱动的具有不同光谱选择性的两种不同电致变色层层叠来提供一种电致变色双层电极。
[0029]本专利技术的另一个目的是提供一种电致变色上涂层(overcoating layer)，其可以有效地允许电解质离子进入到底层中。
[0030]本专利技术的又一个目的是提供一种电致变色下涂层(undercoating layer)，与顶层相比，其同时具有操作电压和光谱波长偏移。
[0031]本专利技术的又一个目的是提供一种具有非常高效的可见光和红外调节的动态光谱选择性ECD。

技术实现思路

[0032]因此，本专利技术提供了一种双层电致变色电极，所述双层电致变色电极包括：
[0033]i.由涂覆有透明导电氧化物[TCO][13]的衬底[15]组成的导电基底；
[0034]ii.涂覆在所述导电基底上的电致变色层[11]；以及
[0035]iii.沉积在所述电致变色层[11]上的电致变色层[12]，
[0036]其中所述电致变色层[11和12]的厚度在10.0nm至3.0μm的范围内。
[0037]在本专利技术的一个实施方案中，所述基底选自由以下各项组成的组：玻璃、石英、纤维素、丝绸或塑料，所述塑料选自由以下各项组成的组：聚乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯。
[0038]在本专利技术的另一个实施方案中，所述导电基底的薄层电阻在1.0μΩ/sq至50.0Ω/sq的范围内。
[0039]在本专利技术的又一个实施方案中，所述透明导电氧化物[TCO]选自由以下各项组成的组：氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺氟氧化锌(FZO)、掺铝氧化锌(AZO)和掺铝氧化锡(ATO)。
[0040]在本专利技术的又一个实施方案中，所述电致变色层[11和12]选自由以下各项组成的组：有机化合物比如紫罗碱类(viologens)、噻吩类、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双层电致变色电极，所述双层电致变色电极包括：i.由涂覆有透明导电氧化物[TCO][13]的衬底[15]组成的导电基底；ii.涂覆在所述导电基底上的电致变色层[11]；以及iii.沉积在所述电致变色层[11]上的电致变色层[12]，其中所述电致变色层[11和12]的厚度在10.0nm至3.0μm的范围内。2.根据权利要求1所述的双层电致变色电极，其中所述基底选自由以下各项组成的组：玻璃、石英、纤维素、丝绸和塑料，所述塑料选自由以下各项组成的组：聚乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯和聚碳酸酯。3.根据权利要求1所述的双层电致变色电极，其中所述导电基底的薄层电阻在1.0μΩ/sq至50.0Ω/sq的范围内。4.根据权利要求1所述的双层电致变色电极，其中所述透明导电氧化物[TCO]选自由以下各项组成的组：氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺氟氧化锌(FZO)、掺铝氧化锌(AZO)和掺铝氧化锡(ATO)。5.根据权利要求1所述的双层电致变色电极，其中所述电致变色层[11和12]独立地选自由以下各项组成的组：选自紫罗碱类、噻吩类或芴类的有机化合物；选自联吡啶配合物或三联吡啶配合物的金属配合物；选自聚噻吩类、聚吡咯类、聚苯胺类或聚咔唑类的共轭聚合物；以及选自以下的具有纯相和亚化学计量相的金属氧化物：WO3、TiO2、MoO3、NiO、V2O5、ZnO、Ta2O5、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、CoO2、RhO2、IrO2、Nb2O5或它们的组合/杂合物。6.一种双层电致变色装置，所述双层电致变色装置包括：a.根据权利要求1所述的双层电致变色电极[活性电极]；b.电解质，即离子传导层[10]，其放置在所述活性电极的电致变色层[12]上方；c.放置在所述电解质的暴露侧上方的对电极，所述对电极包括由涂覆有透明导电氧化物[TCO][14]的透射或反射衬底[16]组成的导电基底。7.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中所述对电极任选地涂覆有互补涂层，所述互补涂层包括具有与所述活性电极的电压极性响应相反的电压极性响应的不同电致变色层。8.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中所述装置在施加相对于对电极在
±
0.5至
±
10.0V范围内的电压的情况下显示出颜色变化。9.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中如果下涂层和如果在对电极中使用的话的情况下的互补涂层在所施加的电压值内没有光谱响应，则所述装置显示出上涂层的光谱响应，反之亦然。10.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中所述电解质包括包含H2SO4或基于Li
+
、Na
+
、K
+
和Al
3+
的盐或它们的混合物的溶液/分散体/聚合物膜。11.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中所述装置显示出由经受相对于对电极在
±
0.5至
±
10.0V范围内的电压的下涂层、上涂层和(如果在对电极中使用的情况下的)互补涂层引起的叠加光谱响应。12.一种用于制备根据权利要求1所述的双层电致变色电极的方法，所述方法包括以下步骤：a.将钨粉溶解在50％H2O2中，同时搅拌24
‑
36小时的时间，然后过滤，得到无色透明液
体；b.通过在80
‑
90℃范围内的温度搅拌4
‑
6小时的时间来使步骤(a)中得到的所述液体中的过量过氧化氢分解，得到深黄色溶液；c.将步骤(b)中得到的所述溶液干燥，得到水合氧化钨粉末；d.将步骤(c)中得到的所述水合氧化钨粉末分散在水中，然后超声处理7
‑
10小时的时间，得到水合氧化钨[WO3.H2O]的溶液；e.将步骤(c)中得到的所述水合氧化钨粉末分散在10％H2O2水溶液中，然后超声处理7
‑
10小时的时间，得到a
‑
WO3的溶液；f.将20
‑
30μL的步骤(d)中得到的所述溶液滴涂在干净的FTO衬底上，然后在50
‑
80℃范围内的温度蒸发15
‑
30分钟的时间，得到厚度在800至...

【专利技术属性】
技术研发人员：比斯瓦普里亚，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，
类型：发明
国别省市：