专利名称：具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种电致变色装置，特别是有关于一种具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，藉由该纳米材料可降低该电致变色元件所需的驱动电压、具有快速变色能力及延长使用寿命的优点。
背景技术：
一般而言，电致变色装置是指一种在提供一电场时，产生电化学的氧化还原反应，造成光线穿透特性的改变，进而造成颜色变化的装置。其中，该过程为一可逆过程，当无外加电场时，该电致色变材料即恢复原有特性。利用电致变色材料的特性，可制成电致色变显示设备。电致变色材料目前可应用于各种领域，例如:车辆镶嵌玻璃(如车窗、天窗)、大楼镶嵌玻璃、显示设备、光学元件、镜体及电磁波照射的遮蔽物等等，其功用在于可有效地阻隔外界(如光、热)的干扰。其中，电致变色材料被分类为还原呈色材料与氧化呈色材料。还原呈色材料是指因获得电子而呈色者，一般包括氧化钨；同时，氧化呈色材料是指因失去电子而呈色者，一般包括氧化镍与氧化钴；其他包括无机金属氧化物的电致发光材料如:Ir (0H)x，MoO3, V2O5, TiO2等等。值得注意的是，上述的电致发光材料皆必须在含有锂离子或氢离子的电解质环境中方能产生颜色的变化。申请人:一本锲而不舍的精神，研究出一种电致变色元件，其电致变色层包含若干纳米材料。藉由该纳米材料，该电致变色元件具有较低的驱动电压、具有快速变色能力及延长使用寿命的优点。
发明内容
本发明的主要目的是在于一种电致变色元件，其电致变色层包含若干纳米材料，藉由该纳米材料，该电致变色元件具有较低的驱动电压、具有快速变色能力及延长使用寿命的优点。为解决上述的问题，本发明提供一种具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，包含:一第一透明基材，其上表面有一透明导电层；一电致变色层，形成于该第一透明基材的透明导电层之上，该电致变色层包含若干纳米线；一导离电解质层，形成于该电致变色层上；一离子储存层，形成于该该电解质层上；以及一第二透明基材，其下表面有一透明导电层，位于该离子储存层上，使该导电层夹置于该离子储存层与该第二透明基材之间。根据本发明的一特征，其中该电致变色层中的该纳米线是选自氧化锌纳米线、氧化钨纳米线、氧化钥纳米线或氧化钨钥纳米线之一或多者组合。本发明具有下列的功效:1.该电致变色装置的驱动电压为I伏特至4伏特之间。比较一般驱动电压40伏特至80伏特，有相当大幅度明显的差距，可达到降低作业电压又节省能源的功能。2.氧化还原次数高，寿命长。电致变色层、透明导电膜、离子储存层均为纳米材料，经氧化还原实验，其还原次数可高达一万次到一万二千次左右，使用寿命也较长。
3.明暗对比度佳。可有效增加离子传导速度，并缩短去/着色时间，在可见光谱500nm波长照射下，氧化钨钥纳米线退色穿透率70.2 %，变色穿透率43.2 %，穿透率变化27%。4.导离电解质层为离子液体与一胶状聚合物所混合而成，明显改善习知技术的有机电解质挥发、耗尽、溢漏不环保及使用寿命短的缺点。为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。
图1显示为本发明的一种具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置的剖面图。图2显示为本发明的一种具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置的立体图。附图标记I具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置11第一透明基材12透明导电层13纳米电致变色层14导离电解质层15离子储存层16透明导电层17第二透明基材
具体实施例方式请参阅图1及图2，本发明的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置(I)的结构示意图，其构件主要包含:一第一透明基材(11);一第一透明导电层(12);—纳米电致变色层(13)导离电解质层(14);一离子储存层(15);—第二透明导电层(16)第二透明基材(17)。其中，该第一透明导电层(12)被覆于该第一透明基材(11)的表面，形成一第一透明导电基材；该电致变色层(13)被覆于该第一透明导电基材的表面，该电致变色层是由一纳米线材料所组成；该第二透明导电层(16)被覆于该第二透明基材(17)的表面，形成一第二透明导电基材；该离子储存层(14)被覆于该第二透明基材的表面；以及该导离电解质(14)，是由一离子液体与一胶状聚合物所混合而成，填充于含有该电致变色层(13)的该第一透明导电基材与含有该离子储存层(15)的该第二透明导电基材之间。其中，该第一透明基材(11)与该第二透明基材(17)是选自于玻璃基板、塑料基板或合成树脂可挠性基板之一。其元件的不同点在于使用的导电基材不同。若基材皆为玻璃，即为穿透式元件，可应用于智能型窗户与滤光板，光线穿透量的多寡可由导电基材的电位决定。若基材一面为透明导电玻璃，另一面为具有反射性质的不透光基材，即为反射式元件，可应用于后视镜或显示器上。如上所述的第一透明导电层(12)与第二透明导电层(16)为氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锗锌(GZO)或纳米碳管。
氧化铟锡薄膜是由氧化铟(In2O3)掺杂氧化锡(SnO2)所组成，一般ITO在In2O3/SnO2 = 90/10时，拥有最低的电阻比及最高的光穿透率，可见光穿透率可达到80 90%之间。IZOdndium Zinc Oxide)为In2O3加入7-10%的ZnO所组成的材料，其优点在于可以低温成膜，在室温制程下得到的IZO为非晶质，可用弱酸蚀刻，降低导线材的损伤，且IZO膜表面平滑，适合大面积面板的生产。ZnO为母材所组成的导电材料，因为Zn(锌)金属较In(铟)产量丰富而低廉，同时较无毒性且比ITO容易蚀刻。但因纯ZnO的电阻过高，当环境温度高于150°C以上，其电性的稳定度不佳，而为了得到低电阻，可掺杂微量元素如In、Al、Ga 等。该电致变色层13的该纳米线材料是选自氧化锌纳米线、氧化钨纳米线、氧化钥纳米线或氧化钨钥纳米线之一或多者组合。此处所定义的纳米线是指其结构中有二维的尺寸是介于I至100纳米之间，而于其长度方面可以超过100纳米。对纳米线材料的二维的尺寸通常以线径在介于I至100纳米之间作为纳米线材料的定义。在本发明的实施例中，该纳米线材料的线径是介于10至100纳米之间,较佳是介于30至60纳米之间。需注意的是，在本发明中，电致变色层13的该纳米线材料是为一具有针状纳米结构的金属氧化物所组成。其中，该针状纳米结构是指结构类似纳米柱或纳米线的结构，其柱或线结构由底端到顶端的直径宽度可以逐渐地变小。在本发明中，作为电致变色层13的该纳米线材料较佳是采用纳米氧化钨所组成。然而需注意的是，并不限于纳米氧化钨层。具有纳米结构的氧化钨，其二维的线径大小是介于30纳米至60纳米之间，且是经由一溶胶-凝胶法制备而成。溶胶-凝胶是由一有机金属化合物与一碳氢化合物化合而成，此外，有机金属化合物与碳氢化合物的化合温度是在25°C至100°C之间。随着针状氧化钨的针状结构的直径变小，比表面积将会显著增大，也就是表面原子数所占的百分比将会显著的增加，直径IOnm的颗粒大约有15%的原子位在颗粒表面，而直径Inm的纳米粒子上几乎所有的原子都是表面原子。纳米氧化钨层的比表面积S将可以提高至80m2/g以上，提高吸附于其上的电解液，进而提高其电子导通率，可降低该电致变色装置所需的驱动电压，使得电致变色元件具有快速变色能力及延长使用寿命的优点。。氧化钨为到目前为止最被广为研究的材料，而氧化钥也有相似的电致变色性质。虽然氧化钥的变色效果不及氧化钨，然而氧化钥变色时吸收光的最大值比较靠近可见光，人类对其变化较敏感，所以仍有多种用途。当材料纳米化之后，许多特性将被增强或改变。其中，氧化鹤钥变色理论:带正电的离子(如H+或Li+)与电子同时注入MoO3并吸收光能而成变HMoO3，即电子由Mo5+跳到Mo6+的电化学反应，反应进行时需吸收光而产生变色效果，氧化钨与氧化钥反应简式:
权利要求
1.一种具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，包括: 一第一透明基材，其上表面有一第一透明导电层； 一电致变色层，形成于该第一透明基材的该第一透明导电层之上，该电致变色层是由一纳米线材料所组成； 一导离电解质层，形成于该电致变色层上； 一离子储存层，形成于该电解质层上，该离子储存层是由一纳米薄膜材料所组成；以及 一第二透明基材，其一表面设有一第二透明导电层，使该第二透明导电层夹置于该离子储存层与该第二透明基材之间； 其中该电致变色层中的该纳米线材料是选自氧化锌纳米线、氧化钨纳米线、氧化钥纳米线或氧化钨钥纳米线之一或其多者的组合。
2.根据权利要求1所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该第一透明导电层及第二透明导电层是选自氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锗锌(GZO)或纳米碳管之一。
3.根据权利要求1所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该电致变色层中的该纳米线材料的线径是介于30至60纳米之间。
4.根据权利要求1所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该电致变色层中的该纳米线材料为氧化钨纳米线。
5.根据权利要求1所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该电致变色层中的该纳米线材料为氧化钨钥纳米线。
6.根据权利要求1所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该导离电解质层是为一离子液体与一胶状聚合物所混合而成。
7.根据权利要求1所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该离子储存层的该纳米薄膜材料为选自于纳米氧化镍薄膜与纳米氧化镍铁薄膜之一。
8.根据权利要求6所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该导离电解质层的胶状聚合物是选自聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚偏二 氟乙烯(polyvinylidene difluoride, PVDF)、聚氯乙烯(polyvinylchloride, PVC)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide, ΡΕ0)以及聚甲基丙烯酸轻乙酯(poIyhydroxyethyI methacrylate, PHEMA)、乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinylaccetate copolymer, EVA)、聚乙烯酉享(Polyvinyl alcohol, PVA)之一。
9.根据权利要求7所述的具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置，其特征在于，该离子储存层的该纳米薄膜材料为纳米氧化镍薄膜。
全文摘要
本发明揭示一种具有纳米电致变色材料结构的电致变色装置。该电致变色装置主要包括一第一透明基材、一透明导电层、一电致变色层、一导离电解质层、一离子储存层、一透明导电层以及一第二透明基材，其中该电致变色层是为纳米材料结构所组成，可降低该电致变色装置所需的驱动电压，使得电致变色元件具有快速变色能力及延长使用寿命的优点。
文档编号G02F1/153GK103186004SQ20111044872
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者李炳寰 申请人:亚树科技股份有限公司