一种电致变色薄膜以及包含其的电致变色器件的制作方法

本实用新型属于显示器件技术领域，涉及一种电致变色薄膜以及包含其的电致变色器件。

背景技术：

电致变色是材料的光学属性，指在外电场或电流作用下发生稳定、可逆的色彩变化，直观地表现为材料的颜色和透明度发生可逆变化的过程。从20世纪60年代国外学者Plant首次提出电致变色概念以来，电致变色现象引起了广泛地关注。利用这种电致变色现象可制备出电致变色器件。电致变色器件具有视角宽、驱动电压低、无功耗记忆等独特的优点，同此在灵敏窗、显示器及汽车等的后视镜等有着极为广泛的用途。电致变色材料可以分为无机和有机两类，无机电致变色材料有三氧化钨、普鲁士蓝等，有机电致变色染料又分为有机小分子和高分子两类，其中小分子有紫精、酞菁等，高分子包括聚苯胺类、聚噻吩类等。

目前电致变色薄膜多数以ITO玻璃为导电基板，CN101412588A公开了一种阴极电致变色薄膜和电致变色玻璃的制备方法，以H2WO4粉末或Ni(NO3)粉末为原料，采用柠檬酸络合-聚合液相化学法、浸渍涂覆工艺或旋涂涂覆工艺在ITO玻璃基板上获得溶胶薄膜，经干燥聚合、低温热处理得到阴极电致变色薄膜，制备方法复杂，电致变色响应时间较长并且耗能较多；“张宇模.电致酸/碱理论及其在有机电致变色材料中的应用[D].吉林大学,2015.”中提到采用对苯二酚为电致碱，新型噁唑啉分子FXF作为酸碱响应变色指示剂制备了电致变色器件，电致变色器件响应时间短，但是颜色稳定性时间短，且颜色稳定性较差。

因此，需要开发一种电致变色薄膜，使其响应时间更短，颜色稳定性更好。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电致变色薄膜以及包含其的电致变色器件。

为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种电致变色薄膜，所述电致变色薄膜从下到上依次为酸性电致变色薄膜层、隔离层和碱性电致变色薄膜层；

其中，所述酸性电致变色薄膜层从下到上依次为酸性电致变色层、第一导电薄膜层和第一离子存储层；

所述碱性电致变色薄膜层从下到上依次为第二离子存储层、第二导电薄膜层和碱性电致变色层。

本实用新型提供的电致变色薄膜在施加正电压或负电压的情况下，均可以达到电致变色的目的，且电致变色响应时间短，颜色稳定性好。

优选地，所述酸性电致变色层为能够在通电情况下呈酸性且显示颜色的高分子聚合物层。

本实用新型所述的酸性电致变色层在施加正电压的情况下，其中的某种物质发生氧化(或还原)反应，释放出质子后，该物质显示为酸性；其他特定物质与质子结合，发生颜色变化，达到酸性电致变色的目的，因此称为酸性电致变色层。

本实用新型所述的酸性电致变色层为本领域技术人员能够获得的任意可以实现在通电情况下呈酸性且显示颜色的电致变色层；示例性的，“张宇模.电致酸/碱理论及其在有机电致变色材料中的应用[D].吉林大学,2015.”中提到的由Urea-N/Rh-M(0.010M/0.005M)，离子液体40％和PMMA60％组成的薄膜层。

所述酸性电致变色层的厚度为0.5-1000μm，例如1μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等。

优选地，所述酸性电致变色层为酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层。

优选地，所述碱性电致变色层为能够在通电情况下呈碱性且显示颜色的高分子聚合物层。

本实用新型所述的碱性电致变色层在施加负电压的情况下，其中的某种物质发生还原(或氧化)反应，夺取质子后，该物质显示为碱性；其他特定物质失去质子，发生颜色变化，达到碱性电致变色的目的，因此称为碱性电致变色层。

本实用新型所述的碱性电致变色层为本领域技术人员能够获得的任意可以实现在通电情况下呈碱性且显示颜色的电致变色层；示例性的，“张宇模.电致酸/碱理论及其在有机电致变色材料中的应用[D].吉林大学,2015.”中提到的由苯醌/荧光素(0.5mM/0.05mM)，TBAPF6(0.1M)，PC70％和PMMA30％组成的薄膜层。

所述碱性电致变色层的厚度为0.5-1000μm，例如1μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等。

本实用新型通过调整酸性电致变色层和碱性电致变色层的厚度各自独立地为0.5-1000μm，来使电致变色薄膜的电致变色响应时间更短，在施加1.0V电压后在0.28s以内即可发生电致变色，施加-1.5V电压后在0.30s以内即可发生电致变色。

优选地，所述碱性电致变色层为碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层。

优选地，所述第一导电薄膜层的厚度为1-1000μm，例如10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等；所述第二导电薄膜层的厚度为1-1000μm，例如10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等。

本实用新型所述的导电薄膜是任何可以在现有技术中查到的导电薄膜，示例性的，“张宇模.电致酸/碱理论及其在有机电致变色材料中的应用[D].吉林大学,2015.”中提到的由离子液体40％和PMMA60％组成的导电薄膜。

优选地，所述第一离子存储层和所述第二离子存储层均为对电极导电薄膜层。

本实用新型所述的对电极导电薄膜层可以是现有技术中能查到的，示例性的，由离子液体40％、PMMA60％和苯醌(0.010M)组成的离子存储层。

优选地，所述第一离子存储层的厚度为0.5-1000μm，例如1μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等；所述第二离子存储层的厚度为0.5-1000μm，例如1μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等。

优选地，所述隔离层为离子交换膜或导电的聚合物薄膜；

所述隔离层的厚度为0.5-1000μm，例如1μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm、800μm等。

第二方面，本实用新型提供了一种电致变色器件，所述电致变色器件由第一方面所述的电致变色薄膜以及位于电致变色薄膜两侧的导电基板组成。

所述导电基板为ITO导电玻璃。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的电致变色薄膜电致变色响应时间短，在施加1.0V电压后在0.32s以内即可发生电致变色，并且颜色稳定时间可达750s以上，施加-1.5V电压后在0.35s以内即可发生电致变色，并且颜色稳定时间可达500s以上；

(2)本实用新型通过调整酸性电致变色层和碱性电致变色层的厚度各自独立地为0.5-1000μm，来使电致变色薄膜的电致变色响应时间更短，在施加1.0V电压后在0.28s以内即可发生电致变色，施加-1.5V电压后在0.30s以内即可发生电致变色。

附图说明

图1是实施例提供的电致变色薄膜的结构示意图。

其中，1-酸性电致变色薄膜层；101-酸性电致变色层；102-第一导电薄膜层；103-第一离子存储层；2-碱性电致变色薄膜层；201-第二离子存储层；202-第二导电薄膜层；203-碱性电致变色层；3-隔离层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。

实施例1

图1为本实施例提供的电致变色薄膜的结构示意图，由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为15μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为100μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为20μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为15μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为100μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为20μm的对电极导电薄膜层。

实施例2

本实施例提供的电致变色薄膜由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为1000μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为500μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为500μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为500μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为1000μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为500μm的对电极导电薄膜层。

实施例3

本实施例提供的电致变色薄膜由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为500μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为200μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为1000μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为1000μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为800μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为1000μm的对电极导电薄膜层。

实施例4

本实施例提供的电致变色薄膜由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为0.5μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为1μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为0.5μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为0.5μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为2μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为1μm的对电极导电薄膜层。

实施例5

本实施例提供的电致变色薄膜由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为1μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为5μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为2μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为2μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为1μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为0.5μm的对电极导电薄膜层。

实施例6

本实施例提供的电致变色薄膜由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为1100μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为1000μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为800μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为500μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为1000μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为500μm的对电极导电薄膜层。

实施例7

本实施例提供的电致变色薄膜由下到上为酸性电致变色薄膜层1、隔离层3和碱性电致变色薄膜层2。

其中，酸性电致变色薄膜层1从下到上依次为酸性电致变色层101、第一导电薄膜层102和第一离子存储层103；

酸性电致变色层101为厚度为1000μm的酸性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第一导电薄膜层102为厚度为1000μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第一离子存储层103为厚度为800μm的对电极导电薄膜层。

碱性电致变色薄膜层2从下到上依次为第二离子存储层201、第二导电薄膜层202和碱性电致变色层203。

碱性电致变色层203为厚度为1100μm的碱性电致变色聚甲基丙烯酸甲酯薄膜层；

第二导电薄膜层202为厚度为1000μm的聚甲基丙烯酸甲酯导电薄膜层；

第二离子存储层201为厚度为500μm的对电极导电薄膜层。

实验例1-7

一种电致变色器件，由实施例1-7其中一项提供的电致变色薄膜以及位于电致变色薄膜两侧的导电基板组成。

性能测试

对实验例1-7提供的电致变色器件进行性能测试：

(1)对电致变色器件施加1.0V电压，记录有颜色变化时施加电压的时间以及颜色持续时间；

(2)对电致变色器件施加-1.5V电压，记录有颜色变化时施加电压的时间；

对实验例1-7提供的电致变色器件的测试结果见表1；

(3)使用紫外可见光谱与电化学连用的测试方法：对电致变色器件施加1.0V电压，使用紫外可见分光光度仪测量其吸光度值发生一定变化时施加电压的时间，并记录吸光度保持时间；

(4)使用紫外可见光谱与电化学连用的测试方法：对电致变色器件施加-1.5V电压，使用紫外可见分光光度仪测量其吸光度值发生一定变化时施加电压的时间，并记录吸光度保持时间；

对实验例1-7提供的电致变色器件的测试结果见表2；

表1

由实施例可知，本实用新型提供的酸碱响应性电致变色薄膜在施加正负电压下均可发生电致变色，且电致变色响应时间短，在施加1.0V电压后在0.32s以内即可发生电致变色，并且颜色稳定时间可达750s以上，施加-1.5V电压后在0.35s以内即可发生电致变色，并且颜色稳定时间可达500s以上，由实施例1-5和6-7的对比可知，酸性电致变色层和碱性电致变色层的厚度各自独立地为0.5-1000μm使电致变色薄膜的电致变色响应时间更短，在施加1.0V电压后在0.28s以内即可发生电致变色，施加-1.5V电压后在0.30s以内即可发生电致变色。

表2

表2为通过紫外可见分光光度计检测到吸光度变化时所施加的电压的时间及吸光度保持时间。由实施例可知，本实用新型提供的酸碱响应性电致变色薄膜在施加正负电压下均可发生吸光度的变化，且响应时间短，在施加1.0V电压后在52ms以内即可发生电致变色，并且颜色稳定时间可达600s以上，施加-1.5V电压后在100ms以内即可发生电致变色，并且颜色稳定时间可达450s以上，由

实施例1-5和6-7的对比可知，酸性电致变色层和碱性电致变色层的厚度各自独立地为0.5-1000μm使电致变色薄膜的吸光度变化时间更短，在施加1.0V电压后在45ms以内即可发生电致变色，施加-1.5V电压后在90ms以内即可发生电致变色。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的电致变色薄膜以及包含其的电致变色器件，但本实用新型并不局限于上述实施例，即不意味着本实用新型必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。