基于无盐聚丙烯酸凝胶的电致变色器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电致变色材料技术领域，涉及到一种低成本高性能电致变色器件，本发明专利技术提供一种基于聚

【技术实现步骤摘要】
基于无盐聚丙烯酸凝胶的电致变色器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电致变色材料
，涉及到一种低成本高性能电致变色器件，特别是涉及一种基于聚
N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺凝胶聚合物电解质的电致变色器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在进入
21
世纪以来，节能减排的战略目标已经慢慢进入大众的视野，在注重社会效益的同时也寻求与环境效益相均衡
。
建筑物的供暖
、
通风和空调占全球一次能源消耗的
30
‑
40
％，二氧化碳排放量约占
15
％，节能建筑对于实现碳中和具有重要意义
。
改变窗户的光学和热性能可以减少建筑物的能源消耗，占比高达
40
％
。
因此，必须开发技术来动态调节窗户的透过率，以减少建筑物的能源消耗
。
智能窗是一种通过将调光材料与玻璃等基材相结合来调节太阳辐射的节能窗
。
电致变色智能窗是应对这一挑战有希望的解决方案，因为它们会因施加外部电压而发生光学变化
。
动态控制窗户对阳光透过的能力，可以使商业建筑的能耗和照明成本降低
20
％
。
电致变色技术用于制造智能窗，可以动态控制建筑物的太阳能热量和照明输入量，对室内温度和光线变化有着积极的响应
。
[0003]电致变色是指通过对材料施加电场，使其光学性能发生可逆变化的现象
。
电解质作为电致变色器件的重要组成部分，在两个电极之间传输离子的同时，避免两个电极的直接接触
。
电致变色器件的主要结构由透明导电层
、
电致变色层
、
电解质层和互补的对电极层或者离子存储层构成
。2022
年，高彦峰课题组以氧化钨为正极，金属锌为负极构建了一种新型的电致变色能量存储双功能器件，该器件不仅有高效的电致变色性能，而且具有能量存储的功能
(Cell Rep Phys Sci,2022,3(11):101148)。
然而电致变色薄膜与电解质层选择的匹配度不高，使得电致变色器件的循环稳定性不高，
9200
次循环后维持初始值的
80
％，同时响应时间慢限制了器件的实际应用
。2023
年，刘建课题组开发了一种基于羟丙基甲基纤维素改性聚丙烯胺的新型水凝胶电解质，基于该电解质的电致变色器件表现出高效的性能
(Eur Polym J,2023,186,111856)。
制备了以普鲁士蓝和氧化钨为互补电极的电致变色器件，在
1000
次循环后光调制幅度维持初始值的
85.8
％，同时该电致变色器件作为储能装置，经过
1000
次充放电循环后，器件的面电容可保持原值的
76.3
％
。
然而由于电解质层与器件不适配，电致变色器件的循环稳定性不高，限制了在电致变色智能窗
、
显示装置等领域的应用
。
[0004]目前电致变色领域使用的凝胶电解质通常在传统的液态电解质
(
酸丙烯酯加高氯酸锂
)
中加入增塑剂
(
聚甲基丙烯酸酯等
)
制备而成
。
制备的电解质离子电导率低，同时器件的循环稳定性较差，难以达到实际应用需求
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种低成本高性能电致变色器件
、
其制备方法及其应用
。
采用聚
N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺凝胶聚合物电解质，并基于此电解质制备了一
种电致变色器件
。
本专利技术制备的电致变色器件不仅大大提高了循环寿命，同时还有响应时间快，光调制幅度大的特点
。
[0006]本专利技术第一个方面公开一种电致变色器件，包括原位聚合法制备聚
N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺凝胶聚合物电解质和电致变色材料
。
[0007]所述电致变色材料为电沉积的普鲁士蓝和
/
或电沉积的氧化钨
。
[0008]本专利技术第二个方面公开了述电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]S1
：将
N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺
、
过硫酸钾
、N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺
、
氯化钾和去离子水混合溶解得到反应前驱体溶液；
[0010]S2
：普鲁士蓝薄膜的电沉积制备：在三电极体系中，以设定浓度的铁氰化钾
、
三氯化铁和氯化钾为电解液，以
FTO
透明导电玻璃为工作电极，铂片为对电极，
Ag/AgCl
电极为参比电极，采用恒电流电沉积法制备普鲁士蓝薄膜，得到带有普鲁士蓝薄膜的
FTO
玻璃；
[0011]S3
：氧化钨薄膜的电沉积制备：在三电极体系中，以设定浓度的二水合钨酸钠
、
硝酸
、
双氧水为电解液，以透明导电基底
FTO
玻璃为工作电极，铂片为对电极，
Ag/AgCl
电极为参比电极，采用恒电压电沉积法制备得到带有氧化钨薄膜的
FTO
玻璃；
[0012]S4
：将
S2
制得的普鲁士蓝薄膜的
FTO
玻璃与
S3
制得的氧化钨薄膜的
FTO
玻璃贴合在一起，得到普鲁士蓝
/
氧化钨电致变色器件；
[0013]S5
：将
S1
得到的反应前驱体溶液注入到
S4
所述普鲁士蓝
/
氧化钨电致变色器件的间隙中，在设定温度下进行聚合反应，反应结束后，自然冷却至室温，得到含有原位聚合的聚
N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺凝胶聚合物电解质的普鲁士蓝
/
氧化钨电致变色器件
。
[0014]优选地，
S1
反应前驱体溶液中，单体
N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺的浓度为
16.7
‑
44.5
％
。
[0015]优选地，
S1
反应前驱体溶液中，交联剂
N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾含量为
N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺质量的
0.1
％和
0.5
％
。
[0016]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电致变色器件，其特征在于，包括原位聚合法制备聚
N,N'
‑
二甲基丙烯酰胺凝胶聚合物电解质和电致变色材料
。2.
根据权利要求1所述的一种电致变色器件，其特征在于，所述电致变色材料为电沉积的普鲁士蓝和
/
或电沉积的氧化钨
。3.
如权利要求2所述电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：将
N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺
、
过硫酸钾
、N,N
’‑
二甲基丙烯酰胺
、
氯化钾和去离子水混合溶解得到反应前驱体溶液；
S2
：普鲁士蓝薄膜的电沉积制备：在三电极体系中，以设定浓度的铁氰化钾
、
三氯化铁和氯化钾为电解液，以氟掺杂氧化锡
(FTO)
透明导电玻璃为工作电极，铂片为对电极，
Ag/AgCl
电极为参比电极，采用恒电流电沉积法制备普鲁士蓝薄膜，得到带有普鲁士蓝薄膜的
FTO
玻璃；
S3
：氧化钨薄膜的电沉积制备：在三电极体系中，以设定浓度的二水合钨酸钠
、
硝酸
、
双氧水为电解液，以透明导电基底
FTO
玻璃为工作电极，铂片为对电极，
Ag/AgCl
电极为参比电极，采用恒电压电沉积法制备得到带有氧化钨薄膜的
FTO
玻璃；
S4
：将
S2
制得的普鲁士蓝薄膜的
FTO
玻璃与
S3
制得的氧化钨薄膜的
FTO
玻璃贴合在一起，得到普鲁士蓝
/
氧化钨电致变色器件；
S5
：将
S1
得到的反应前驱体溶液注入到
S4
所述普鲁士蓝
/
氧化钨电致变色器件的间隙中，在设定温度下进行聚合反应，反应结束后，自然冷却至室温，得到含有原位聚合的聚
N,N'
‑
二甲基丙烯酰胺凝胶聚合物电解质的普鲁士...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金敏，马董云，蔡豪杰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：