一种柔性电致变色薄膜及制备方法、电致变色器件的制作方法

文档序号:9809543阅读:722来源:国知局
一种柔性电致变色薄膜及制备方法、电致变色器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能器件制备和纳米材料组装领域,尤其涉及一种柔性电致变色薄膜及制备方法、电致变色器件。
【背景技术】
[0002]电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象或光学透过率变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料,用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。
[0003]电致变色材料分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。其中,无机电致变色材料多为过渡金属氧化物或其衍生物,第一次发现的电致变色现象就是无定形W03薄膜的变色。过渡金属、电子层不稳定,有未成对的单电子存在。过渡金属元素的离子一般都有颜色,且基态与激发态能量差较小,在一定的条件下价态发生可逆转变,形成混合价态离子共存状态。随离子价态和浓度的变化,颜色也会发生相应的变化,这就是过渡金属氧化物具备电致变色能力的原因。常见的无机变色材料根据其发生氧化还原的原理不同,又可以细分为阳极着色材料和阴极着色材料。阴极变色材料主要是VIB族金属氧化物,典型的代表就是三氧化钨,即氧化钨。目前,以WO3为功能材料的电致变色器件已经产业化。
[0004]英国《自然材料》(Nature Materials,2006年,5卷,3052?3056页)报道,电致变色材料自二十世纪七十年代发现以来在变色智能窗、护目镜、汽车防眩光后视镜和变色显示器等领域表现出广泛的应用前景。氧化钨纳米材料是非常好的电致变色材料。德国《先进材料》(Advanced Materials,2003年,15卷,1269?1273页)报道了一种层状结构的介孔氧化妈薄膜应用于电致变色器件。德国《先进材料》(Advanced Materials,2006年,18卷,763?766页)报道了一种结晶氧化钨纳米颗粒,与无定型氧化钨相比该颗粒具有更大的比表面积因此在质子交换过程中表现出更大的电流密度和更优异的电致变色性能。
[0005]但是这些报道都是基于导电玻璃作为工作电极制备的,不具有可弯曲性。为满足样式和功能的产品需求,便携式的柔性电子器件越来越受到科研工作者的关注。《科学报告》(Scientific Report,2013,3卷,1936?1943页)报道了将真空抽滤得到的氧化妈纳米片薄膜转移到柔性的ITO-PET上作为工作电极制备了柔性电致变色器件的方法;但该方法仍需要脆性的ITO作为导电基底,在进行长期剧烈的弯曲应用时会受到一定的限制。
[0006]因此,如何得到一种更优异的电致变色性能的柔性电致变色薄膜,满足柔性电致变色器件的需求,已成为本领域前沿学者亟待解决的问题。

【发明内容】

[0007]有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种柔性电致变色薄膜及制备方法、电致变色器件,本发明提供的柔性电致变色薄膜,具有更优异的电致变色性能,而且是一种柔性透明电致变色薄膜,同时本发明的制备工艺简单,易于进行大规模量产。
[0008]本发明提供了一种柔性电致变色薄膜,包括柔性透明基底、银纳米线和氧化钨纳米线共组装的第一层纳米线薄膜、以及银纳米线和氧化钨纳米线共组装的第二层纳米线薄膜;
[0009]所述第一层纳米线薄膜复合在柔性透明基底上;
[0010]所述第二层纳米线薄膜交叉复合在所述第一层纳米线薄膜上。
[0011]优选的,还包括复合在所述第二层纳米线薄膜上的一层或多层氧化钨纳米线薄膜。
[0012]优选的,所述交叉的角度为30°?150°。
[0013]优选的,所述银纳米线为有序排列;所述氧化钨纳米线为有序排列;
[0014]所述第一层纳米线薄膜中,银和氧化钨的质量比为(0.5?10):1;
[0015]所述第二层纳米线薄膜中,银和氧化钨的质量比为(0.5?10):1。
[0016]优选的,所述银纳米线的直径为50?lOOnm,长度为10?20μηι;所述氧化妈纳米线的直径为2?8nm,长度为10?20μηι;
[0017]所述第一层纳米线薄膜的厚度大于等于lOOnm,所述第二层纳米线薄膜的厚度大于等于10nm0
[0018]本发明提供了一种柔性电致变色薄膜的制备方法,包括以下步骤:
[0019]Al)将银纳米线溶液、氧化钨纳米线溶液、双亲性溶剂和非极性溶剂进行混合后,得到的分散液;
[0020]A2)采用朗格缪尔-布吉特技术,将上述步骤得到的分散液在气液界面上进行组装后,得到银纳米线和氧化钨纳米线共组装的第一层纳米线薄膜;
[0021]重复上述操作后,得到银纳米线和氧化钨纳米线共组装的第二层纳米线薄膜;
[0022]A3)将上述步骤得到第一层纳米线薄膜复合在所述柔性透明基底上,再将上述步骤得到第二层纳米线薄膜交叉复合在所述第一层纳米线薄膜上,得到柔性电致变色薄膜。
[0023]优选的,所述步骤A3)后还包括:
[0024]A4)将氧化钨纳米线溶液、双亲性溶剂和非极性溶剂进行混合后,得到的氧化钨纳米线分散液;
[0025]A5)采用朗格缪尔-布吉特技术,将上述步骤得到的分散液在气液界面上进行组装后,得到单层氧化钨纳米线薄膜;
[0026]A6)将步骤A5)得到的单层氧化钨纳米线薄膜再次复合在步骤A3)后的第二层纳米线薄膜上,得到柔性电致变色薄膜;
[0027]或是重复步骤A5),得到的多个单层氧化钨纳米线薄膜,然后层层复合在步骤A3)后的第二层纳米线薄膜上,得到柔性电致变色薄膜。
[0028]优选的,所述银纳米线溶液和氧化钨纳米线溶液的体积比为(I?3):20;所述银纳米线溶液的浓度为0.004?0.04g/mL,所述氧化钨纳米线溶液的浓度为0.0001?0.0Olg/mL;
[0029]所述双亲性溶剂为N,N_二甲基甲酰胺,所述非极性溶剂为三氯甲烷。
[0030]本发明还提供了一种电致变色器件,包括上述技术方案任意一项所述的柔性电致变色薄膜或上述技术方案任意一项所制备的柔性电致变色薄膜。
[0031 ]优选的,所述电致变色器件至少包括三层复合结构;
[0032]所述第一层为上述技术方案任意一项所述的柔性电致变色薄膜或上述技术方案任意一项所制备的柔性电致变色薄膜;
[0033]所述第二层为离子导电层;
[0034]所述第三层为导电膜。
[0035]本发明提供了一种柔性电致变色薄膜,包括柔性透明基底、银纳米线和氧化钨纳米线共组装的第一层纳米线薄膜、以及银纳米线和氧化钨纳米线共组装的第二层纳米线薄膜;所述第一层纳米线薄膜复合在柔性透明基底上;所述第二层纳米线薄膜交叉复合在所述第一层纳米线薄膜上。与现有技术相比,本发明采用氧化钨纳米线对可见光具有较小的吸收,可以使共组装的纳米线薄膜具有良好的透过率,又采用具有良好的导电性的银纳米线,可以使共组装的纳米线薄膜具有良好的导电性,使得共组装的纳米线薄膜能够作为导电基底,克服了传统电致变色器件需要脆性ITO作为导电基底的限制;而且本发明通过对银纳米线和氧化妈纳米线进行共组装制备纳米线薄膜,可以通过改变两种纳米线比例调节薄膜的透过率和导电性。实验结果表明,采用本发明制备柔性电致变色薄膜,继而制备的电致变色器件经过1000圈压缩测试后,导电性能和电致变色性能仍保持在90%以上,表现出良好的电致变色性能和柔韧性,使其在柔性显示器件,智能窗,汽车后视镜等方面具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0036]图1为本发明制备的银纳米线SEM图和XRD图;
[0037]图2为本发明制备的氧化钨纳米线SEM和XRD图;
[0038]图3为本发明实施例1制备的银纳米线和氧化钨纳米线共组装的电致变色薄膜的透过率光谱表征;
[0039]图4为本发明实施例1制备的银纳米线和氧化钨纳米线共组装的电致变色薄膜的SHV[表征;
[0040]图5为本发明实施例1制备的银纳米线和氧化钨纳米线共组装的电致变色薄膜在不同电压下的透过率表征;
[0041]图6为本发明实施例1制备的银纳米线和氧化钨纳米线共组装的电致变色薄膜电致变色性能表征;
[0042]图7为本发明实施例2制备的不同体积银纳米线和氧化钨纳米线共组装薄膜的SEM表征图;
[0043]图8为本发明实施例2制备的不同体积银纳米线和氧化钨纳米线共组装薄膜的透过率表征图;
[0044]图9为本发明实施例2制备的不同体积银纳米线和氧化钨纳米
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