一种电致变色和发光双功能器件及其应用

本发明涉及光学器件领域，具体涉及一种电致变色和发光双功能器件及其应用。

背景技术：

1、电致变色技术一种可以在外界刺激(电场、磁场、紫外)下其光学特性(如透过率、反射率、吸收率)改变的器件，具有电致变色性能的材料被称为电致变色材料。

2、在谈论到智能窗时，不仅能够让窗户变色，最好还要有热量管理的能力。近红外光(波长在800nm到2500nm之间的光)约占太阳到达地球总能量的50％，通过建筑材料表面吸收阳光和透过窗户的光照，是房间、汽车内部等室内空间内部过热的主要因素，由此带来的制冷系统消耗会让能源负担越来越重，传统的隔热玻璃成本大而且厚重，在市场中渐渐被淘汰；另外传统的电致变色玻璃器件结构复杂，而且为了优化器件性能会增加很多功能层使得加工难度大、成本高，这提高了电致变色器件商业化的难度。因此，一种能够有效调节可见光透过率和近红外遮蔽性能的只能窗引起了人们的极大研究兴趣。

3、由于实际应用环境的不同，智能窗可以通过电致变色、光致变色、机械致变色和热致变色来调控太阳光，这种类型的器件需要辅助设备和额外的电力消耗，尽管做到了智能的响应但是在实际应用中存在单调响应的特点。相比之下，双波段调控更具有吸引力，它可以在可见光和近红外区域进行分级调控，在高压-1.2v可以实现遮光，在-0.2v下可以实现隔热。尽管已经有一些双波段调控的实例，但是存在着器件结构复杂和成本过高的问题降低了实际应用的可能性。

4、电致变色技术在近些年不断发展，其在智能窗，热控制，隐身和显示方面都占据了不可替代的地位，与此同时，无机粉末电致发光和光致发光作为惠及人类生活的应用也展现了无与伦比的稳定性和经济性。因此作为结合二者优势的器件双功能的电致变色和电致发光器件能够在更多领域展示其应用。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以隔绝红外的电致变色器件，旨在解决现有技术中结构复杂、成本高以及热量管理的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种电致变色和发光双功能器件，包括相对设置的阴极和阳极，以及设置于所述阳极和所述阴极之间的电致变色层、聚离子凝胶层和电致发光层，所述聚离子凝胶层参与氧化还原反应，也起到导电和离子传输的作用

4、优选的，在本发明的一个实施例中，所述电致变色层和所述聚离子凝胶层通直流电；所述电致发光层通交流电。

5、所述的聚离子凝胶层是由聚离子凝胶构成，其中聚离子凝胶是由单体、交联剂、引发剂构成，利用配置好的电解质前驱液体使用注射法、滴涂法或者先固化再组装的方案组装电致变色器件。

6、优选的，在本发明的一个实施例中，所述单体选自如下中的一种：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠；

7、所述交联剂选自如下中的一种：mba，过硫酸铵，过硫酸钾，偶氮二异丁腈、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、四异氰酸酯、丙二胺、聚丙二醇缩水甘油醚、醋酸锌、乙酰丙酮钛、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二乙烯基苯、n-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、聚苯二甲酸二烯丙酯、乙丙橡胶、聚丙烯酸酯、聚烷基丙烯酸酯、dap(聚苯二甲酸二烯丙酯)、过氧化苯甲酰、过氧化双2,4一二氯苯甲酰、二亚乙基三胺(dta)、乙烯基三乙氧基硅烷、聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、氧化锌、氯化铝、硫酸铝、硫黄、硼酸、硼砂、硝酸铬、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷、对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯；

8、所述引发剂选自如下中的一种：安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、二苯基乙酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮、芳酰基膦氧化物、双苯甲酰基苯基氧化膦、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐、异丙苯茂铁六氟磷酸盐。其中，所述单体和所述交联剂的质量比例为50～300：1。

9、优选的，在本发明的一个实施例中，所述的聚离子凝胶层厚度在0.01-3mm。所述电致发光层厚度在0.2mm-3mm。

10、优选的，在本发明的一个实施例中，所述电致变色层为有机材料，选自eo-ppev，meh-ppv和momd-ppv的一种。

11、优选的，在本发明的一个实施例中，所述电致变色层是无机电致变色材料，由发光粉和粘结剂按照一定的比例混合制备；所述发光粉选自如下中的一种或者组合：硫化锌铜、硫化银、yvo4：eu、zn2sio4：mn、cawo4、bafcl:eu、gdos:tb；粘结剂选自如下中的一种：pvdf、pdms、pcdf-hfp。

12、优选的，在本发明的一个实施例中，所述的阳极和阴极透明导电基底是ito、fto、ag、pet或pnt等高透过率(≥70％)基底，方块电阻小于20ω/sq。

13、优选的，在本发明的一个实施例中，所述的电致变色器件能够在800-3000nm的波段之间有一定强度的吸收。

14、优选的，在本发明的一个实施例中，电致变色层和电致发光层分别制备在两个透明导电基底上，使用透明胶带贴在四周，再将聚离子凝胶的前驱体溶液注射进入并固化；因为聚离子凝胶层是在封装后注射进去的，当其作为中间电极的时候，使用铜箔作为引线，让铜的一部分接触到凝胶另一部分和外接电路相连上。

15、优选的，在本发明的一个实施例中，所述的电致变色器件集中在智能窗中的应用。

16、第二方面，与现有技术相比本发明具有以下有点和效果：

17、本发明所述的电致变色器件的聚离子凝胶层将创痛的电致变色器件中的电解质层和离子储存层的功能合二为一，既有氧化还原反应作用又可以离子传输，简化了结构。本发明的电致变色器件具有快速的响应时间、保色时间、着色效率、稳定性和高低温耐受性。

18、本发明的电致变色器件的制备相较于传统电致变色更为简单有效防止红外线的热辐射，能够降低制冷成本、具有更好的应用价值和经济效益。

19、另外，该器件可以结合电致变色和发光的优点，并且可以单独作用，扩大了适用范围，提供了传统电致变色器件不能覆盖的应用场景。

技术特征：

1.一种电致变色和发光双功能器件，其特征在于，包括相对设置的阴极和阳极，以及设置于所述阳极和所述阴极之间的电致变色层、聚离子凝胶层和电致发光层，所述聚离子凝胶层参与氧化还原反应，也起到导电和离子传输的作用。

2.根据权利要求1所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述电致变色层和所述聚离子凝胶层通直流电；所述电致发光层通交流电。

3.根据权利要求2所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述阴极和所述阳极使用透明导电材料制成，所述透明导电材料的光透过率≥70％，方块电阻小于20ω/sq。

4.根据权利要求3所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述透明导电材料选自ito、fto、ag、pet或pnt。

5.根据权利要求1所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述聚离子凝胶层由聚离子凝胶构成，该聚离子凝胶是由单体、交联剂、引发剂制成，使用注射法、滴涂法或者先固化再组装的方案组装在所述电致变色器件中。

6.根据权利要求1所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述单体选自如下中的一种：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠；

7.根据权利要求1所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述聚离子凝胶层的厚度在0.01mm-3mm；所述电致发光层厚度在0.2mm-3mm。

8.根据权利要求1所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述电致变色层为有机材料，选自eo-ppev，meh-ppv和momd-ppv的一种。

9.根据权利要求1所述的电致变色和发光双功能器件，其特征在于，所述电致变色层是无机电致变色材料，由发光粉和粘结剂按照一定的比例混合制备；所述发光粉选自如下中的一种或者组合：硫化锌铜、硫化银、yvo4：eu、zn2sio4：mn、cawo4、bafcl:eu、gdos:tb；粘结剂选自如下中的一种：pvdf、pdms、pcdf-hfp。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的电致变色和发光双功能器件，在智能窗中的应用。

技术总结
本发明涉及一种电致变色和发光双功能器件及其应用，该电致变色器件包括相对设置的阴极和阳极，以及设置于所述阳极和所述阴极之间的电致变色层、聚离子凝胶层和电致发光层，所述聚离子凝胶层参与氧化还原反应，也起到导电和离子传输的作用。该器件使用聚离子凝胶作为电解质，同时具有离子储存层、电解质层和电极层的功能，简化了结构。制备的电致变色器件具有高透光率、良好的稳定性以及快速的响应时间，同时聚离子凝胶具有红外吸收能力，使器件具有变色和发光的双功能，在智能窗、包装、防伪、柔性显示和可穿戴等领域具有良好的应用价值。

技术研发人员：孟鸿,蔡雨露,纪君朋,张超红,杨标,闫朝一,贺耀武
受保护的技术使用者：北京大学深圳研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1