一种高透玻璃基电致变色眼镜及其制备方法

本发明涉及一种高透玻璃基电致变色眼镜及其制备方法，属于化工材料合成和功能材料。

背景技术：

1、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，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色器件通常具有连续可调的光学性能、多色彩显示、低工作电压、低能耗、无辐射和开路记忆等一系列优点，因此在高对比度非辐射信息显示器件、活性光学滤波器、可调发射率汽车后视镜等信息显示和传递器件，微波通讯以及建筑和车窗等领域具有广阔的应用前景。

2、传统电致变色器件主要有五层薄膜组成、包括两层透明导电层、离子储存层、电致变色层、以及离子传导层。其中，离子储存层辅助电致变色层在第一、第二导电层上施加低电压实现电致变色反应。离子传导层是提供锂离子及扩散薄膜层，担负着电场作用下确保离子传导率，其结构与制备工艺是保证器件电致变色性能的最重要的技术之一。电致变色器件可按离子传导层的状态可分为三种，分别为：液态电致变色器件，凝胶态电致变色器件以及全固态电致变色器件，其中凝胶态电致变色器件又为准固态电致变色器件。相对于液态电致变色器件的封装、漏液等问题；相对于全固态电致变色器件的响应时间慢、离子导电性较差等问题，准固态电致变色器件稳定性较佳、制备工艺简单、并且其响应时间又高于全固态电致变色器件。

3、眼镜作为一种生活常用物品，特点是使用频率高，性能方面对可见光透过率要求高，不能影响光线的透过，使用方面对安全性要求高，即使发生意外也不会对眼睛产生二次伤害。基于电致变色变色技术开发的眼镜能够实现快速响应，主动变色，比光敏变色眼镜应用范围更广，调控能力更强，因此迫切需要开发能够面向实际应用，满足日常生活使用要求的电致变色眼镜。然而，易发生漏液的液态电解质显然不适合，可见光透过率较低使得全固态器件同样不能满足眼镜的需求。

4、专利1(公开号cn 114957275 a)和专利2(公开号cn 114957275 a)选择有机小分子，利用电致产生酸碱，使得小分子材料发生变色，其透过率变化光谱是在某一波段产生强烈的吸收，实现变色，但是其在可见光(380nm-780nm)波段内平均透过率变化较小。虽然上述专利制备的电致变色器件同样展现了较好的双稳态性能，但是活性材料主要由小分子材料构成，循环稳定性和耐紫外辐照性能弱于无机电致变色材料，对于正常暴露在户外的眼镜应用显然是不利的。

技术实现思路

1、针对现有技术中电致变色眼镜可见光透过率低，，难以满足眼镜对光线透过率问题，本发明通过器件结构设计和分子结构设计，提供了一种高透、安全和功耗低的玻璃基电致变色眼镜及其制备方法。

2、一方面，本发明提供了一种高透玻璃基电致变色眼镜，所述高透玻璃基电致变色眼镜的结构从上至下包括：第一镜片层、第一电极层、电解质层、电致变色层、第二电极层和第二镜片层；其中，电解质层的原料组成包括：氧化还原对、光固化树脂、离子盐溶液、溶剂、交联剂和间隔材料；所述第一镜片层和第二镜片层的材质为无机玻璃材料；所述高透玻璃基电致变色眼镜的响应速度≤1s。

3、本专利选择电压驱动下离子迁移/脱出的电致变色结构，通过设计活性层材料和电解质材料，不仅提高褪色态平均透过率，而且变色前后可见光光谱平均透过率变化显著提高。

4、较佳的，所述第一电极层和第二电极层的可见光平均透过率≥85％，方阻50～200ω/cm2；

5、所述第一电极层和第二电极层的材质包括透明导电氧化物或/和和金属纳米线；

6、所述透明导电氧化物包括ito、fto、azo和ato中的一种，所述金属纳米线包括ag纳米线、au纳米线中的至少一种。

7、较佳的，所述电致变色层为wo3-x、mo3-y和tio2中至少一种，厚度为300～500nm；其中0≤x≤0.2，0≤y≤0.2。

8、较佳的，所述电解质层的原料组成包括：氧化还原对0.1～5wt％、光固化树脂10～40wt％、0～10wt％稀释剂、离子盐溶液20～50wt％、溶剂5～20wt％、交联剂10～20wt％、间隔材料0.05～0.2wt％，总质量百分比为100wt％。

9、较佳的，所述电解质层中氧化还原对包括：对苯二酚和对苯二醌、碘离子(i-)和碘三离子(i3-)中的至少一对。

10、较佳的，所述电解质层中光固化树脂的官能团数2～3(官能团是决定有机化合物的化学性质的原子或原子团)、折射率1.45～1.55、拉伸强度≥45kg/cm2、断裂伸长率≥500％；

11、优选地，所述光固化树脂包括：环氧丙烯酸酯(例如，市售rahn genomer*2263)、改性环氧丙烯酸酯(例如，市售rahn genomer*2259)、和聚醚丙烯酸酯(例如，市售rahngenomer*3364)中的至少一种(该产品源自rahn公司，牌号2263、2259、和3364等系列2官或3官树脂中)。

12、较佳的，所述离子盐溶液的溶质包括：licl、nacl、mgcl2、zncl2、高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸镁、高氯酸锌、硫酸锂、硫酸钠、硫酸镁和硫酸锌中的至少一种；

13、所述离子盐溶液的溶剂包括：碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)中的至少一种；

14、所述离子盐溶液的浓度为0.1～2mol/l。

15、较佳的，所述溶剂包括：二乙二醇二甲醚、二氯甲烷、丙二醇甲醚醋酸酯、n-甲基吡咯烷酮、n,n–二甲基甲酰胺中的至少一种所述交联剂包括：三甲氧基硅氧烷、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(etpta)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)中的至少一种；

16、所述稀释剂包括选自聚酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯单体和脂肪族聚酯丙烯酸酯中至少一种；优选所述聚酯丙烯酸酯为rahn-3485(市售rahn genomer*3485)；优选聚酯丙烯酸酯单体为hdda-1、双环戊二烯丙烯酸酯(例如，市售rhan genomer*1125)、丙烯酸异冰片酯(例如，市售rhan genomer*1121y)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(例如，市售rhangenomer*1117lr)和三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯(例如，市售genomer*1231)中的至少一种；优选脂肪族聚酯丙烯酸酯为rahn-4433(市售rahn genomer*4433)、rahn-1122(市售rahngenomer*1122)、rahn-1122tf(市售rahn genomer*1122tf)中的至少一种。

17、较佳的，所述间隔材料为二氧化硅微球；所述二氧化硅微球的直径为5～50μm，优选为直径5μm、20μm和50μm中的至少一种。

18、较佳的，所述高透玻璃基电致变色眼镜的可见光初始透过率≥80％，平均调节能力≥45％；

19、所述高透玻璃基电致变色眼镜的双稳态性能(保色性)≥4h；

20、所述高透玻璃基电致变色眼镜中各膜层之间的结合力≥0.2mpa，剪切力大于100kg/cm2。

21、再一方面，本发明提供了一种高透玻璃基电致变色眼镜的制备方法，包括：

22、(1)在第一镜片层上沉积第一电极层，在第二镜片层表面沉积第二电极层；

23、(2)在第一电极层表面沉积电致变色层；；

24、(3)按照电解质层的原料组成称量并配置，得到树脂浆料；

25、(4)将所得树脂浆料通过真空灌装填充于第一电极层和第二电极层之间并施加压力排除多余树脂浆料，再经紫外光固化处理，得到所述高透玻璃基电致变色眼镜。此外，眼镜的边缘保护3mm作为电极，并在边缘设置引线引出。

26、较佳的，所述紫外光固化处理的参数包括：功率为50～300w，照射时间为1～30s。

27、本发明的有益效果如下：

28、1、本专利设计的结构，实现了超高透过率的电致变色眼镜，满足实际应用的需求。利用离子传输过程中的耦合效应制备极大地降低了眼镜保色的功耗，延长寿命，减少充电次数；

29、2、本发明设计的树脂基夹层电致变色活性层，具有高强韧的性能，能够进一步提高玻璃眼镜的耐摔，防磕碰等安全性能，避免意外产生的玻璃渣对眼睛的二次伤害；

30、3、本发明中通过设计夹层树脂的折射率，使其与上下膜层和基底匹配，使得眼镜整体增透减反，实现了超高的透过率，同时满足眼镜体积小，重量轻的要求。