电致变色组件及其制作方法与流程

1.本发明是关于电子设备部件制备领域，特别是关于一种电致变色组件及其制作方法。


背景技术：

2.电致变色是指材料的光学特性在外加电信号驱动下产生可逆变化的现象。电致变色材料和器件在节能建筑的智能窗户、自动调光后视镜、可穿戴显示、军事伪装等领域有着非常广泛的应用。
3.区别于传统的逐层生长的电致变色器件(电致变色层+电解质层+离子储存层)，多合一的电致变色层由于电致变色材料、电解质以及补充材料在一个均匀的体系中，因此结构非常简单，器件制备成本较低。
4.多合一使用最多的电致变色材料是紫精，多合一电致变色层也有固态与液态之分。由于固态具有更好的安全性，因此受到广泛的关注。但是固态多合一电致变色器件的缺点是变色响应时间很长、变色对比度较低，其主要原因在于紫精需要移动到电极表面才能变色，但是固态多合一体系分子迁移非常缓慢。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电致变色组件及其制作方法，其能够克服现有技术中采用固态体系作为多合一电致变色层的体系，存在紫精迁移速率慢，导致变色不充分，对比度低以及变色响应时间长的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种电致变色组件，包括第一电极层、与第一电极层相对的第二电极层、以及在所述第一电极层和第二电极层之间的固态的电致变色层，
8.所述电致变色层采用聚合物连接料与电致变色材料的复合结构，
9.还包括作用于所述电致变色层的加热层，所述电致变色层响应温度的变化而改变其粘度。
10.在本发明的一个或多个实施方式中，所述聚合物连接料采用聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚氧化乙烯。
11.在本发明的一个或多个实施方式中，所述电致变色材料包括紫精。
12.在本发明的一个或多个实施方式中，所述加热层为透光率大于等于50％的透明加热膜。
13.在本发明的一个或多个实施方式中，所述透明加热膜选自金属网格导电膜、金属丝、印刷的金属导线或ito。
14.在本发明的一个或多个实施方式中，所述电致变色层同时作为电解质层和离子储
存层。
15.为实现上述目的，本发明的实施例还提供了一种电致变色组件的制作方法，包括：
16.提供第一电极层和第二电极层；
17.配制含有聚合物连接料与电致变色材料的电致变色浆料；
18.将电致变色浆料置于第一电极层和第二电极层之间进行固化，形成电致变色层；
19.在第一电极层和/或第二电极层的一侧形成加热层，所述电致变色层响应温度的变化而改变其粘度。
20.在本发明的一个或多个实施方式中，所述加热层为透光率大于等于50％的透明加热膜。
21.在本发明的一个或多个实施方式中，所述电致变色层同时作为电解质层和离子储存层。
22.在本发明的一个或多个实施方式中，所述聚合物连接料采用聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚氧化乙烯，和/或所述电致变色材料包括紫精。
23.与现有技术相比，本发明充分利用透明加热膜的透明以及加热特性，在短时间内对多合一电致变色器件进行加热，降低固态多合一电致变色层的粘度，从而导致离子迁移速率变快，进而极大地缩短了变色的响应时间以及增加了电致变色器件着色态的对比度。
附图说明
24.图1是根据本发明一实施方式的电致变色组件的结构示意图；
25.图2a至图2c是根据本发明一实施方式的电致变色组件制备流程中的中间结构示意图；
26.图3是根据本发明一实施方式的电致变色层的粘度与温度的关系示意图；
27.图4是根据本发明一实施方式的器件着色褪色响应时间以及对比度与室温对比示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
29.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
30.如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种电致变色组件10，包括第一电极层11、与第一电极层11相对的第二电极层12、以及在所述第一电极层11和第二电极层12之间的固态的电致变色层13。
31.第一电极层11作为工作电极，第二电极层12作为对电极，在通电后，第一电极层11与第二电极层12之间可以形成电场，以使得电致变色层13可以发生颜色变化。
32.第一电极层11和第二电极层12主要用以导电，对其材料本身没有限制，在一些实施例中，电极层可以采用金属层，比如材料可以采用金、银、铜、镍、钨、钛等。
33.但是根据组件10的特定应用领域，比如用作窗户玻璃、汽车后视镜等时，需要对电
极的透光度有一定要求，此时，第一电极层11和第二电极层12至少之一需要具备一定的透光度。
34.一实施例中，第一电极层11和第二电极层12可以通过包含具有高光透射率、低薄层电阻等特性的材料来形成。例如，第一电极层11和第二电极层12可以包含以下材料中的一种或多种：ito(铟锡氧化物)、fto(氟掺杂的锡氧化物)、azo(铝掺杂的锌氧化物)、gzo(镓掺杂的锌氧化物)、ato(锑掺杂的锡氧化物)、izo(铟掺杂的锌氧化物)、nto(铌掺杂的钛氧化物)、zno(氧化锌)、omo(氧化物/金属/氧化物)和cto的透明导电氧化物，银(ag)纳米线，金属网或omo(氧化物金属氧化物)等。
35.电致变色层13采用多功能合一的电致变色层，其同时具有电致变色层、电解质层和离子储存层的功能。电致变色层13采用聚合物连接料与电致变色材料的复合结构。
36.聚合物连接料作为电解质的骨架，其流动状态受温度影响最大，如聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氧化乙烯(peo、peg)等。
37.电致变色材料是指材料在电流或电场的作用下，发生光吸收或光散射，从而导致颜色产生稳定可逆变化的现象。电致变色材料可以使用无机电致变色化合物和有机电致变色化合物的任意。如无机过渡金属氧化物二氧化钛、ni(oh)2等，有机紫精、聚苯胺、酞花菁等。本实施例中，电致变色材料优选为紫精及其同系物。
38.为了使得电致变色层13同时具备离子储存层功能和电解质层功能，电致变色层13的材料中还含有离子储存材料和盐，其中，离子储存材料主要是二茂铁等；盐主要是锂盐，例如litfsi、高氯酸锂等。
39.电致变色组件10还包括第一基板14和第二基板15，第一基板14、第一电极层11、电致变色层13、第二电极层12和第二基板15依次叠加设置。
40.在一些实施例中，第一基板14和第二基板15采用透明材质，透光率大于70％，优选为玻璃或树脂。当为玻璃时，可以应用于建筑窗户玻璃、汽车窗户玻璃等。
41.在具体的实施例中，玻璃可以采用例如无碱玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃等。树脂可以采用例如聚碳酸酯树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
42.在其他实施例中，第一基板14和第二基板15也可以采用金属如铝、不锈钢等。
43.固态多合一电致变色器件的缺点是变色响应时间很长、变色对比度较低，其主要原因在于紫精需要移动到电极表面才能变色，但是固态多合一体系分子迁移非常缓慢。
44.为了解决上述问题，本实施例中的电致变色组件10还包括作用于所述电致变色层的加热层16，所述电致变色层13响应温度的变化而改变其粘度。
45.加热层16可以择一设置第一基板14或第二基板15的表面，也可以在第一基板14和第二基板15上均设置加热层16。
46.加热层16在通电后实现加热，并将热量传导至电致变色层13，电致变色层16在受热后，其粘度会迅速降低，从而导致离子迁移速率变快，进而极大地缩短了变色的响应时间以及增加了电致变色器件着色态的对比度。
47.在一些实施例中，加热层16采用透明加热膜，透明加热膜的透光率为50％-90％。
48.透明加热膜可以选自金属网格导电膜、金属丝、印刷的金属导线或ito等。透明金属网格导电膜可以是金、银、铜、镍等导电金属制备，方阻为0.05-20ω/
□
。
49.在电驱动下，加热层16可以使电致变色层13的温度升至35-90℃，优选的温度为
40-70℃。
50.结合图2所示，本实施例还提供了一种电致变色组件的制作方法，包括如下的步骤。
51.步骤s1，结合图2a所示，提供第一基板14，在第一基板14上形成第一电极层11。
52.在一些实施例中，第一基板14采用透明材质，透光率大于70％，优选为玻璃或树脂。当为玻璃时，可以应用于建筑窗户玻璃、汽车窗户玻璃等。
53.在具体的实施例中，玻璃可以采用例如无碱玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃等。树脂可以采用例如聚碳酸酯树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
54.在其他实施例中，第一基板14也可以采用金属如铝、不锈钢等。
55.第一电极层11可以通过包含具有高光透射率、低薄层电阻等特性的材料来形成。例如，第一电极层11可以包含以下材料中的一种或多种：ito(铟锡氧化物)、fto(氟掺杂的锡氧化物)、azo(铝掺杂的锌氧化物)、gzo(镓掺杂的锌氧化物)、ato(锑掺杂的锡氧化物)、izo(铟掺杂的锌氧化物)、nto(铌掺杂的钛氧化物)、zno(氧化锌)、omo(氧化物/金属/氧化物)和cto的透明导电氧化物，银(ag)纳米线，金属网或omo(氧化物金属氧化物)等。
56.第一电极层11可以通过磁控溅射、离子镀、电子束蒸发、热蒸发、化学气相沉积、电化学沉积等任一方式形成。
57.步骤s2，结合图2b所示，提供第二基板15，在第二基板15上形成第二电极层12。
58.在一些实施例中，第二基板15采用透明材质，透光率大于70％，优选为玻璃或树脂。当为玻璃时，可以应用于建筑窗户玻璃、汽车窗户玻璃等。
59.在具体的实施例中，玻璃可以采用例如无碱玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃等。树脂可以采用例如聚碳酸酯树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
60.在其他实施例中，第二基板15也可以采用金属如铝、不锈钢等。
61.第二电极层12可以通过包含具有高光透射率、低薄层电阻等特性的材料来形成。例如，第二电极层12可以包含以下材料中的一种或多种：ito(铟锡氧化物)、fto(氟掺杂的锡氧化物)、azo(铝掺杂的锌氧化物)、gzo(镓掺杂的锌氧化物)、ato(锑掺杂的锡氧化物)、izo(铟掺杂的锌氧化物)、nto(铌掺杂的钛氧化物)、zno(氧化锌)、omo(氧化物/金属/氧化物)和cto的透明导电氧化物，银(ag)纳米线，金属网或omo(氧化物金属氧化物)等。
62.第二电极层12可以通过磁控溅射、离子镀、电子束蒸发、热蒸发、化学气相沉积、电化学沉积等任一方式形成。
63.步骤s3，配制多合一电致变色浆料，包括电致变色材料、离子储存材料和盐，使电致变色层13同时具有电致变色层、电解质层和离子储存层的功能。
64.电致变色材料是指材料在电流或电场的作用下，发生光吸收或光散射，从而导致颜色产生稳定可逆变化的现象。电致变色材料可以使用无机电致变色化合物和有机电致变色化合物的任意。如无机过渡金属氧化物二氧化钛、ni(oh)2等，有机紫精、聚苯胺、酞花菁等。本实施例中，电致变色材料优选为紫精及其同系物。
65.聚合物连接料作为电解质的骨架，其流动状态受温度影响最大，如聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氧化乙烯(peo、peg)等。
66.离子储存材料主要是二茂铁等；盐主要是锂盐，例如litfsi、高氯酸锂等。电致变色浆料中还包括传导离子的液体，如碳酸丙烯酯等。
67.步骤s4，结合图2c所示，将多合一电致变色浆料放在第一电极层11或第二电极层12表面，然后将第一电极层11和第二电极层12相对压合，采用双面胶或者微球进行调控器件的厚度，一般为30-200微米，采用紫外固化胶进行封装。
68.步骤s5，结合图1所示，在第一基板14和/或第二基板15的外表面结合加热层16。
69.在一些实施例中，加热层16采用耐高温透明度较高的胶水固定在第一基板14和/或第二基板15的外表面。
70.在一些实施例中，加热层16采用透明加热膜，透明加热膜的透光率为50％-90％。
71.透明加热膜可以选自金属网格导电膜、金属丝、印刷的金属导线或ito等。透明金属网格导电膜可以是金、银、铜、镍等导电金属制备，方阻为0.05-20ω/
□
。
72.在电驱动下，加热层16可以使电致变色层13的温度升至35-90℃，优选的温度为40-70℃。
73.在后续的步骤中，还可以对未附着加热层16的第一基板14或第二基板15进行剥离。
74.通过对所获得的器件进行测试，性能相对无加热层的方案有显著的提升，其中，着色态透过率：5～60％；褪色态透过率：60～90％；变色时间：0.5～8s。
75.示例性的，电致变色浆料中的电致变色材料采用乙基紫精、li盐采用litfsi，溶剂为碳酸丙烯酯，连接料为聚乙烯醇缩丁醛。所制备电致变色层的粘度与温度的关系参图3所示，由图可知，电致变色层的粘度对温度较为敏感，在变色的短时间内可以变成低粘度状态，在变色之后仍保持固态。当加热层的加热温度为70℃时，器件着色褪色响应时间以及对比度与室温对比参图4所示，由图可知，加上透明加热膜之后，可以实现快速、高对比度的变色，而且电致变色层循环稳定性在加热的作用下没有明显的衰退。
76.改变聚合物连接料的类型以及加热温度，其他条件相同，电致变色浆料中：电致变色材料采用紫精，li盐采用litfsi，溶剂为碳酸丙烯酯。不同的实施例对比如下表1。
77.表1
[0078][0079]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应
用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。