专利名称：电致变色组合物、形成电致变色组合物的方法和电致变色装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电致变色组合物，和更具体地，涉及含具有硅基取代基的芳族 组分的电致变色组合物。相关现有技术的说明电致变色组合物是已知的且典型地用于电致变色装置中，形成电致变色层。电致 变色装置典型地包括电致变色层，电解质层，和第一与第二电极层。第一与第二电极层彼此 隔开且基本上彼此平行地布置。电致变色层布置在第一和第二电极层之间。电解质层布置 在电致变色层和电极层之一之间。典型地，电致变色装置进一步包括第一和第二基底层；第一和第二基底层典型 地为玻璃，以例如形成电致变色窗。电致变色装置的额外实例包括户内和户外显示器， 电子数据显示器，镜子，钟表，汽车天窗、遮荫网(shade band)、监控器、安全或私密挡板 (privacypartition)、太阳能面板、天光(sky light)和信息显示器。通过在第一和第二电极层之间施加电压，活化电致变色装置。当在第一和第二电 极层之间施加电压时，在电致变色层内产生电场。电场在电致变色层内诱导电致变色效应， 从而导致电致变色层的透光性能变化，例如从透明变化为不透明或着色。电致变色层的透 光性能的变化典型地持续一段时间，但可通过反转电压的极性，反转电致变色层的透光性 能的变化。典型地使用数种不同类型的电致变色层。然而，电致变色层的主要类型是无机 薄膜，有机聚合物膜和有机溶液。电致变色层的透光性能的变化程度取决于各种因素。例如，电致变色层的厚度是 对电致变色层透光性能变化程度具有影响的一个因素，其中较厚的电致变色层通常能比较 薄的电致变色层具有更加显著的电致变色效应。然而，电致变色层的厚度与电致变色层的 挠性和多样性成反比，并延伸到含电致变色层的电致变色装置的挠性和多样性，且较薄的 电致变色层提供电致变色装置较大的挠性和多样性。因此，有利的是，最小化电致变色层的 厚度，同时基本上维持与较厚的电致变色层相当的电致变色性能特征。电致变色层透光性能的变化典型地受限于电致变色层固有的性能，例如不透明或 着色效应受限于特定颜色。在一些应用中，可能期望具有与已有的电致变色层提供的特定 颜色不同的特定颜色。因此，有利的是，提供电致变色层，以便基于电致变色层内存在的芳 基，可定制(customizable)通过透光性能的变化显示出的特定颜色，例如针对电致变色装 置的特定应用，可定制特定颜色。因此，有利的是提供适合于形成电致变色层的电致变色组合物，同时最小化实现 电致变色层透光性能所需变化所要求的电致变色层厚度。另外，有利的是提供形成电致变 色组合物的反应机理。发明概述和优点本发明提供电致变色装置，它包括第一电极层和与第一电极层隔开且基本上平行 于第一电极层设置的第二电极层。电致变色层置于第一和第二电极层之间。电致变色层包
7括具有芳核和侧挂于该芳核上的至少两个硅基取代基的水解的芳族组分的脱水反应产物。 硅基取代基具有可水解基团的与硅键合的水解物。电解质层置于电致变色层和电极层之一 之间。 本发明进一步提供电致变色组合物。该电致变色组合物包含具有芳核和侧挂于该 芳核上的至少两个硅基取代基的芳族组分。硅基取代基具有选自可水解基团、可水解基团 的水解物、及其组合的与硅键合的基团。本发明进一步提供形成电致变色组合物的方法，该方法包括提供芳基和键合至少 两个硅基取代基到芳基上的步骤。含水解的芳族组分的脱水反应产物的电致变色组合物和电致变色层具有优良的 电致变色性能。另外，可最小化电致变色层的厚度，同时实现所需的为较厚的电致变色层典 型地具有的特征的电致变色性能，从而赋予电致变色装置优良的多样性和挠性。特别地，通 过在芳族组分内包括两个特定类型的硅基取代基，所得脱水反应产物包括引入到所得聚合 物链内的芳基，从而最大化电致变色层内存在的芳基的密度。芳基造成电致变色层的电致 变色性能。由于最大化电致变色层内芳基的密度，因此可最小化电致变色层的厚度，同时仍 然实现所需的为较厚的电致变色层典型地具有的特征的电致变色性能。此外，可基于电致 变色层内存在的芳基，定制由电致变色层的透光性能变化得到的特定颜色，例如可针对电 致变色装置的特定应用，定制特定颜色。发明详述提供电致变色装置。可对于包括但不限于户内和户外显示器、电子数据显示器、镜 子、钟、汽车天窗、遮荫网、监控器、安全或私密挡板、太阳能面板、天光和信息显示器的应用 使用该电致变色装置。所述电致变色装置包括第一电极层和与第一电极层隔开且基本上平行于第一电 极层设置的第二电极层。电致变色层置于第一和第二电极层之间。电解质层置于电致变色 层和第一电极层之间。典型地，电致变色装置进一步包括置于电极层之一的外表面上、在与 电解质层或电致变色层相对的电极层的一侧上的第一基底层，这取决于特定的电极层。电 致变色装置还典型地包括置于另一电极层的外表面上的第二基底层。换句话说，电致变色 装置典型地包括包封电致变色装置的功能部分例如电极层、电解质层和电致变色层的第一 和第二基底。通过包封电致变色装置的功能部分，第一和第二基底层典型地给第一和第二 电极层提供支持，且通过屏蔽电致变色装置避免自然因素，从而防止电致变色装置降解。为了活化电致变色装置，在第一和第二电极层上施加电压。电压在电致变色层内 产生电场。电场在电致变色层内诱导电致变色效应，从而导致电致变色层透光性能的变化， 例如从透明变化到不透明或着色。在除去电压之后，透光性能的相应变化可持续一段时间； 然而，当电压极性反转时，透光性能变化可反转为透明状态。第一和第二电极层可包括任何基本上透明的材料，其中包括但不限于玻璃、聚氯 乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯，或本领域已知的基本上透明的任何聚合、陶 瓷或其他材料。在本申请当中使用的术语“基本上透明”是指可见光的透光率大于70%。 在本发明的一个实施方案中，第一和第二基底层包括玻璃。第一和第二基底层的厚度可随 电致变色装置打算的特定应用而变化。然而，第一和第二基底层的典型厚度为约0. 5-约10 毫米。
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在本发明的一个实施方案中，第一和第二电极各自包括氧化锡铟(ITO)。ITO是氧 化铟(III)和氧化锡(IV)的混合物。可通过电子束蒸发、物理气相沉积、溅射沉积技术或本 领域已知的形成电极层的任何其他技术，将ITO沉积到第一和/或第二基底层上。或者，在 另一实施方案中，第一和第二电极层可包括传导碳纳米管，铝掺杂的氧化锌、氧化铟(III)、 氧化锡(IV)、氧化锡锑、氟掺杂的氧化锡、氧化锡铱或本领域已知的能导电的任何其他基本 上透明的材料，这些材料可通过本领域已知的方法沉积在第一和/或第二基底层上。第一 和第二电极层的典型厚度为约10-约50纳米，更典型地约100-约300纳米。电致变色装置中的电解质层可以是在导电介质内含游离离子的任何合适的材料。 在一个实施方案中，电解质层是凝胶材料。典型地，凝胶态或固态材料的电解质层包括聚合 物基体，溶剂载体，和离子源。聚合物基体可以是任何合适的聚合物基体，例如聚氯乙烯，和 离子源可以是任何合适的离子源，例如高氯酸锂(LiClO4)。应当理解，电解质层也可包括固 体材料或者液体材料。在本发明的一个实施方案中，电解质层是液体电解质。液体电解质 能渗透电致变色层，从而当施加电压时，允许在电致变色层内基本上立即诱导电致变色效 应。尽管液体电解质层可能过度劣化已知的电致变色层，但甚至当使用液体电解质时，本发 明的电致变色层仍维持充足的耐久性，这是本发明的电致变色层的明显优点。液体电解质 可以是本领域已知的任何传导液体。可通过本领域已知的方法，形成电解质层。电解质层 的典型厚度为约100-约2000微米，更典型地约500-1000微米。电致变色层包括具有芳核和侧挂于芳核上的至少两个硅基取代基的水解芳族组 分的脱水反应产物。硅基取代基各自具有与硅键合的可水解基团，该基团能发生脱水反应， 从而导致以下进一步详细地描述的固体聚硅氧烷。更具体地，由含芳族组分的电致变色组合物形成电致变色层。芳族组分包括芳核， 所述芳核具有侧挂于该芳核上的至少两个硅基取代基。硅基取代基各自具有选自可水解基 团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。当与硅键合的基团全部是可水解基 团的水解物时，芳族组分与以上所述的进行脱水反应以产生电致变色层的水解的芳族组分 相同。尽管容易理解，可水解基团通常水解，使得能发生脱水反应，但在本发明的上下文中， 可在可水解基团的这种水解之前或者在这种水解之后，提供电致变色组合物，和本发明不 限制于可水解基团的水解状态。通过具有至少两个硅基取代基，芳核有效地引入芳烃官能团到聚硅氧烷链内，这 与仅仅包括侧挂于聚硅氧烷链上的芳烃官能团相反。正因为如此，最大化由脱水反应得到 的存在于聚硅氧烷内的芳烃官能团的密度，从而最大化含水解的芳烃组分的脱水反应产物 的电致变色层的电致变色性能。在一个实施方案中，芳核可仅仅包括碳和氢原子。或者，在另一实施方案中，芳核 可以是芳族胺，芳族醚，或芳族硫醇。在芳胺、醚和硫醇中，氮、氧或硫-基基团分别可在核 的环状部分内键合。此处所使用的“环状部分”是含一个或多个芳环的一部分芳核。当环 状部分包括大于一个芳环时，环状部分可表征为聚芳烃组分，和因此芳烃组分包括聚芳烃 组分。在含大于一个芳环的环状部分内的环可共享共同的碳_碳键，或者可通过其他非芳 环结构连接。氮、氧或硫_基基团可在环状部分内一体化，即氮、氧或硫_基基团可引入到 环状部分内的环之一上。或者，氮、氧或硫-基基团可位于核的环状部分外。例如，氮-基 基团可位于两个不同的环状部分(它们是芳核的一部分)之间，在此情况下，芳核可表征为
9聚芳烃组分。要理解，电致变色组合物可包括具有不同类型芳核的芳烃组分的组合。如上所述，芳核具有侧挂于其上的至少两个硅基取代基。在一个实施方案中，硅基 取代基键合在芳核的相对侧上，以便最小化空间位阻。在另一实施方案中，三个或更多个硅 基取代基键合到芳核上。当三个或更多个硅基取代基键合到芳核上时，典型地键合三个或 更多个硅基取代基，以便在每一硅基取代基之间的距离大致相同，从而最大化优良的交联 能力的潜力，同时降低空间位阻。包括三个或更多个硅基取代基是赋予电致变色组合物优 良的交联能力潜力的一种方式。所得电致变色层内优良的交联提供比未交联或具有最小交 联的电致变色层更加不溶和耐久的电致变色层。电致变色层的不溶性和耐久性有助于电致 变色装置整体坚固性。尽管如此，要理解，本发明不限于能交联的电致变色组合物。在一个实施方案中，硅基取代基具有通式结构(I)
权利要求
一种电致变色组合物，它包含具有芳核和侧挂于所述芳核上的至少两个硅基取代基的芳烃组分，所述硅基取代基具有选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。
2.权利要求1的电致变色组合物，其中所述芳核选自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其组合。
3.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，其中所述芳核包括多芳烃组分。
4.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，其中至少一个所述硅基取代基具有大于 一个选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。
5.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，其中所述硅基取代基用下述通式表示
6.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，其中所述芳烃组分选自
7.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，进一步包含具有下述通式的至少一种支 化组分
8.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，进一步包含额外的芳烃组分，所述额外 的芳烃组分具有芳烃部分和侧挂于所述芳烃部分上的单一硅基取代基，其中所述单一硅基 取代基具有选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。
9.权利要求8的电致变色组合物，其中所述芳烃部分选自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其组合。
10.权利要求8和9任何一项的电致变色组合物，其中所述芳烃部分包括多芳烃组分。
11.权利要求8-10任何一项的电致变色组合物，其中所述单一硅基取代基具有大于一 个选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。
12.权利要求8-11任何一项的电致变色组合物，其中所述至少一种额外的芳烃组分选 自下述
13.前述任何一项权利要求的电致变色组合物，其平均物质尺寸小于或等于约1微米。
14.一种形成电致变色组合物的方法，该方法包括下述步骤 提供芳基；键合至少两个硅基基团到芳基上；所述至少两个侧挂的硅基基团具有选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合 的与硅键合的基团。
15.权利要求14的方法，其中芳基选自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其组合。
16.权利要求14和15任何一项的方法，其中芳基包括多芳烃组分。
17.权利要求14-16任何一项的方法，其中所述至少两个硅基基团中的至少一个具有 大于一个选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。
18.一种电致变色装置，它包括 第一电极层；与所述第一电极层隔开且基本上平行于所述第一电极层布置的第二电极层； 置于所述第一和第二电极层之间的电致变色层，所述电致变色层包括具有芳核和侧挂 于所述芳核上的至少两个硅基取代基的水解的芳烃组分的脱水反应产物，所述硅基取代基 具有与硅键合的可水解基团的水解物；和置于所述电致变色层和所述第一电极层之间的电解质层。
19.权利要求18的电致变色装置，其中所述芳核选自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其组合。
20.权利要求18和19任何一项的电致变色组合物，其中所述芳核包括多芳烃组分。
21.权利要求18-20任何一项的电致变色装置，其中所述电致变色层进一步包括额外 的芳烃组分的脱水反应产物，所述额外的芳烃组分包括具有侧挂于所述芳烃部分上的单一 硅基取代基的芳烃部分，其中所述单一硅基取代基具有与硅键合的可水解基团的水解物。
22.权利要求18-21任何一项的电致变色装置，其中所述电致变色层进一步包括具有 下述通式的至少一种支化组分的脱水反应产物
23.权利要求18-22任何一项的电致变色装置，进一步包括置于与所述电解质层相对的所述电极层之一的外表面上的第一基底层。
24.权利要求23的电致变色装置，进一步包括置于与所述电致变色层相对的另一所述 电极层的外表面上的第二基底层。
25.权利要求18-24任何一项的电致变色装置，其中所述电解质层包括液体电解质。
全文摘要
电致变色装置包括第一电极层；与第一电极层隔开且基本上平行于第一电极层布置的第二电极层。电致变色层置于第一和第二电极层之间。电解质层置于电致变色层和电极层之一之间。电致变色层包括水解芳烃组分的脱水反应产物。电致变色组合物包含具有芳核和侧挂于所述芳核上的至少两个硅基基团的芳烃组分。硅基基团具有选自可水解基团、可水解基团的水解物、及其组合的与硅键合的基团。可最小化电致变色层的厚度，同时实现所需的为典型地较厚的电致变色层的特征的电致变色性能，从而赋予具有优良的多样性和挠性的电致变色装置。
文档编号C09K9/02GK101939399SQ200980104184
公开日2011年1月5日 申请日期2009年1月8日 优先权日2008年1月11日
发明者D·威特克尔, 铃木俊夫 申请人:陶氏康宁公司