技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
电致变色器件及其应用。
背景技术
[0002] 电致变色是指在一定的
电场或
电流作用下，材料会发生光散射或者光吸收，从而导致其
颜色发生变化，当
电极极性改变时，又会出现退色的现象。自从1969年Deb.S.K.首次发现了WO3具有电致变色现象以来，人们又相继发现了很多与WO3一样具有电致变色性能的物质，如NiO，紫罗精，聚苯胺等，使得电致变色材料的种类逐渐增多，应用逐渐变广。
[0003] 当电致变色材料发生
氧化还原反应时，其颜色可以发生可逆性地变化。作为电致变色材料的代表，三氧化钨(WO3)因其具有
对比度高、透明度高、
稳定性好等优点而被大量研究和广泛应用，特别是其
水合物(WO3·H2O，H2WO4·H2O等)，表现出了更为优异的电致变色性能。但是其作为无机电致变色材料，在响应时间的性能上与有机电致变色材料相差甚远。聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)因其优异的着色效率及
导电性而被重点关注，在电致变色器件中既可以用作有机电致变色材料，弥补无机电致变色材料响应速度慢的缺点，又可以用作导电
聚合物，增强器件的导电性，进一步增强变色过程中
电子和离子的传输，提高电致变色性能。
[0004] 随着科技的不断进步，人们逐渐对智能电子产品有了可穿戴的需求。可穿戴的产品要求材料具有一定的机械强度，可以被拉伸、扭曲、折叠、弄皱，而没有性能退化。这些产品能够适应复杂的非平面表面，有着刚性装置所不具有的应用领域。其中，电致变色材料因其可在小
电压控制下实现色彩变化而具有着很高的应用价值。
[0005] 为了满足可穿戴的需求，以玻璃为基底组装而成的刚性电致变色器件已不能满足要求，柔性电致变色器件已逐步成为研究热点。然而，可用于柔性器件的材料制备方法和柔性器件组装技术的不成熟，在很大程度上制约了柔性电致变色器件的发展和应用。制备柔性电致变色
薄膜的传统方法包括：
磁控溅射、
等离子体增强
化学气相沉积和
光刻，通常需要昂贵的设备，严格的实验条件和多个处理步骤。此外，由于材料和柔性基底之间的结合
力差，传统薄膜在受力弯曲后会发生应变、断裂，甚至与基底分离。因此，合成新型电致变色材料，开发柔性电致变色器件的组装技术，对电致变色材料的实际应用，有着十分重要的意义。
发明内容
[0006] 本发明的目的是要解决现有存在的柔性器件的材料制备方法和柔性器件组装技术不成熟的问题，而提供一种快速响应的柔性电致变色器件及其应用。
[0007] 一种快速响应的柔性电致变色器件包括：
工作电极、
对电极和
电解质层，其中工作电极为透明的快速响应的柔性电致变色薄膜；对电极为PET-ITO；
电解质层处于工作电极和对电极之间；所述的快速响应的柔性电致变色器件边缘使用
树脂进行封装。
[0008] 一种快速响应的柔性电致变色器件作为可穿戴电子产品在智能电子产品领域应用。
[0009] 本发明的优点：
[0010] 一、本发明一种快速响应的柔性电致变色器件稳定性好，变色范围宽，在900nm处光调制范围为50％；
[0011] 二、本发明一种快速响应的柔性电致变色器件响应时间短，退色时间为4s～6s，着色时间为8s～10s；
[0012] 三、将本发明制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜经过360°弯折(即将本发明制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜的首尾连接围成一个圈)后，微观形貌不发生改变；
[0013] 四、本发明制备了透明的快速响应的柔性电致变色薄膜，透明的快速响应的柔性电致变色薄膜中含有柔性基底及纳米片状结构的H2WO4·H2O，兼顾了导电层的成本、透明度及导电性；将制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜作为工作电极，使在快速响应的柔性电致变色器件中具有快响应、对比度高等电致变色性能的同时，解决了柔性电致变色器件材料和基底之间的结合力差，薄膜受力弯曲后发生应变、断裂及与基底分离等技术
瓶颈，扩大了电致变色器件的应用领域；
[0014] 五、本发明一种快速响应的柔性电致变色器件的制备方法简单，可大批量生产，推动了电致变色的产业化；本发明一种快速响应的柔性电致变色器件安全有效，节能环保，使用寿命长。
[0015] 本发明可获得一种快速响应的柔性电致变色器件。
附图说明
[0016] 图1为
实施例一中制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜的SEM图；
[0017] 图2为实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件的数码照片图；
[0018] 图3为实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件的结构示意图，图3中1为透明的快速响应的柔性电致变色薄膜，2为电解质层，3为对电极PET-ITO，4为树脂；
[0019] 图4为实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件采用计时电流法在900nm处，+3V～-3V测试下的透过率-时间曲线。
具体实施方式
[0020] 具体实施方式一：本实施方式是一种快速响应的柔性电致变色器件包括：工作电极、对电极和电解质层，其中工作电极为透明的快速响应的柔性电致变色薄膜；对电极PET-ITO；电解质层处于工作电极和对电极之间；所述的快速响应的柔性电致变色器件边缘使用树脂进行封装。
[0021] 本实施方式的优点：
[0022] 一、本实施方式一种快速响应的柔性电致变色器件稳定性好，变色范围宽，在900nm处光调制范围为50％；
[0023] 二、本实施方式一种快速响应的柔性电致变色器件响应时间短，退色时间为4s～6s，着色时间为8s～10s；
[0024] 三、将本实施方式制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜经过360°弯折(即将本实施方式制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜的首尾连接围成一个圈)后，微观形貌不发生改变；
[0025] 四、本实施方式制备了透明的快速响应的柔性电致变色薄膜，透明的快速响应的柔性电致变色薄膜中含有柔性基底及纳米片状结构的H2WO4·H2O，兼顾了导电层的成本、透明度及导电性；将制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜作为工作电极，使在快速响应的柔性电致变色器件中具有快响应、对比度高等电致变色性能的同时，解决了柔性电致变色器件材料和基底之间的结合力差，薄膜受力弯曲后发生应变、断裂及与基底分离等技术瓶颈，扩大了电致变色器件的应用领域；
[0026] 五、本实施方式一种快速响应的柔性电致变色器件的制备方法简单，可大批量生产，推动了电致变色的产业化；本实施方式一种快速响应的柔性电致变色器件安全有效，节能环保，使用寿命长。
[0027] 本实施方式可获得一种快速响应的柔性电致变色器件。
[0028] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜是按以下方法制备的：
[0029] 一、将柔性基底依次在丙
酮、甲醇和超纯水中分别超声清洗20min～30min，再放入
温度为40℃～60℃下干燥10h～15h，得到清洁的柔性基底；
[0030] 步骤一中所述的柔性基底为表面覆有厚度为20nm～100nmEVA胶的PET基底；
[0031] 二、制备Ag层：采用磁控溅射方法在清洁的柔性基底上EVA胶的表面溅射厚度为10nm～50nm的Ag沉积层，得到表面沉积有Ag层的PET基底；
[0032] 步骤二中所述的磁控溅射方法的参数具体如下：靶材为Ag靶，溅射类型为直流溅射，靶-基距为10cm～20cm，气体流量为氩气1sccm～10sccm，沉积温度为室温，沉积气压为2Pa～4Pa，溅射功率为10W～20W，沉积时间为10s～40s；
[0033] 三、制备混合溶液B：
[0034] ①、将浓度为0.01mol/L～1mol/L的
硫酸和浓度为0.01mol/L～1mol/L的钨酸钠溶液混合，再加入
质量分数为30％的双氧水，再加入超纯水，再在搅拌速度为500r/min～1000r/min下搅拌5min～10min，得到混合溶液A；将混合溶液A在室温下静置5天～7天，得到黄色沉淀物质，即为H2WO4·H2O；
[0035] 步骤三①中所述的浓度为0.01mol/L～1mol/L的硫酸与浓度为0.01mol/L～1mol/L的钨酸钠溶液的体积比为1:1；
[0036] 步骤三①中所述的浓度为0.01mol/L～1mol/L的硫酸与质量分数为30％的双氧水的体积比为1:(0.01～0.1)；
[0037] 步骤三①中所述的浓度为0.01mol/L～1mol/L的硫酸与超纯水的体积比为1:(1～10)；
[0038] ②、使用超纯水为
溶剂，将H2WO4·H2O在离心速度为2000r/min～8000r/min下离心5min～10min，去除上清液；
[0039] ③、重复步骤三②3次～5次，得到清洗后的H2WO4·H2O；
[0040] ④、将清洗后的H2WO4·H2O分散到超纯水中，得到质量分数为5％～50％的H2WO4·H2O溶液；向质量分数为5％～50％的H2WO4·H2O溶液中加入质量分数为0.002％～0.01％的十六烷基三甲基溴化铵溶液，再加入质量分数为5％～30％的PEDOT:PSS溶液，再在搅拌速度为500r/min～1000r/min下搅拌10min～30min，得到混合溶液B；
[0041] 步骤三④中所述的质量分数为5％～50％的H2WO4·H2O溶液与质量分数为0.002％[0042] ～0.01％的十六烷基三甲基溴化铵溶液的体积比为1:(0.05～0.5)；
[0043] 步骤三④中所述的质量分数为5％～50％的H2WO4·H2O溶液与质量分数为5％～30％的PEDOT:PSS溶液的体积比为1:(0.05～0.5)；
[0044] 四、制备H2WO4·H2O/PEDOT薄膜：
[0045] ①、将表面沉积有Ag层的PET基底浸入到混合溶液B中1min～3min，再将表面沉积有Ag层的PET基底以200μm/s～500μm/s的提拉速度从混合溶液B中提拉出来，再在室温下干燥1min～5min；
[0046] ②、重复步骤四①3次～10次，得到以PET为基底的H2WO4·H2O/PEDOT薄膜；
[0047] ③、将以PET为基底的H2WO4·H2O/PEDOT薄膜
过热封机，得到透明的快速响应的柔性电致变色薄膜；
[0048] 步骤四③中所述的
热封机的温度为100℃～200℃，热封时间为1s～5s，热封压力为0.1MPa。其他与具体实施方式一相同。
[0049] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：所述的对电极为PET-ITO；所述的PET-ITO为ITO导电层
覆盖在PET基底上，得到对电极。其他与具体实施方式一或二相同。
[0050] 本实施方式所述的ITO导电层为氧化铟
锡。
[0051] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述的电解质层为浓度为0.1mol/L～1mol/L的高氯酸锂
碳酸丙烯酯溶液，高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液的制备方法为：将高氯酸锂溶解到碳酸丙烯酯中，得到浓度为0.1mol/L～1mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液。其他与具体实施方式一至三相同。
[0052] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：所述的树脂为
环氧树脂；所述的环氧树脂为TDE-85。其他与具体实施方式一至四相同。
[0053] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是：所述的电解质层为浓度为0.1mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液，高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液的制备方法为：将高氯酸锂溶解到碳酸丙烯酯中，得到浓度为0.1mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液。其他与具体实施方式一至五相同。
[0054] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：所述的电解质层为浓度为0.5mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液，高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液的制备方法为：将高氯酸锂溶解到碳酸丙烯酯中，得到浓度为0.5mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液。其他与具体实施方式一至六相同。
[0055] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七的不同点是：所述的电解质层为浓度为1mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液，高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液的制备方法为：将高氯酸锂溶解到碳酸丙烯酯中，得到浓度为1mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液。其他与具体实施方式一至七相同。
[0056] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八的不同点是：步骤二中所述的磁控溅射方法的参数具体如下：靶材为Ag靶，溅射类型为直流溅射，靶-基距为15cm，气体流量为氩气5sccm，沉积温度为室温，沉积气压为3Pa，溅射功率为15W，沉积时间为25s。其他与具体实施方式一至八相同。
[0057] 具体实施方式十：本实施方式是一种快速响应的柔性电致变色器件作为可穿戴电子产品在智能电子产品领域应用。
[0058] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0059] 实施例一：一种快速响应的柔性电致变色器件包括：工作电极、对电极和电解质层，其中工作电极为透明的快速响应的柔性电致变色薄膜；对电极为PET-ITO；电解质层处于工作电极和对电极之间；所述的快速响应的柔性电致变色器件边缘使用树脂进行封装；
[0060] 所述的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜是按以下方法制备的：
[0061] 一、将柔性基底依次在丙酮、甲醇和超纯水中分别超声清洗25min，再放入温度为50℃下干燥12h，得到清洁的柔性基底；
[0062] 步骤一中所述的柔性基底为表面覆有厚度为60nmEVA胶的PET基底；
[0063] 二、制备Ag层：采用磁控溅射方法在清洁的柔性基底上EVA胶的表面溅射厚度为30nm的Ag沉积层，得到表面沉积有Ag层的PET基底；
[0064] 步骤二中所述的磁控溅射方法的参数具体如下：靶材为Ag靶，溅射类型为直流溅射，靶-基距为15cm，气体流量为氩气5sccm，沉积温度为室温，沉积气压为3Pa，溅射功率为15W，沉积时间为25s；
[0065] 三、制备混合溶液B：
[0066] ①、将浓度为0.01mol/L的硫酸和浓度为0.01mol/L的钨酸钠溶液混合，再加入质量分数为30％的双氧水，再加入超纯水，再在搅拌速度为800r/min下搅拌8min，得到混合溶液A；将混合溶液A在室温下静置6天，得到黄色沉淀物质，即为H2WO4·H2O；
[0067] 步骤三①中所述的浓度为0.01mol/L的硫酸与浓度为0.01mol/L的钨酸钠溶液的体积比为1:1；
[0068] 步骤三①中所述的浓度为0.01mol/L的硫酸与质量分数为30％的双氧水的体积比为1:0.05；
[0069] 步骤三①中所述的浓度为0.01mol/L的硫酸与超纯水的体积比为1:5；
[0070] ②、使用超纯水为溶剂，将H2WO4·H2O在离心速度为5000r/min下离心8min，去除上清液；
[0071] ③、重复步骤三②4次，得到清洗后的H2WO4·H2O；
[0072] ④、将清洗后的H2WO4·H2O分散到超纯水中，得到质量分数为5％的H2WO4·H2O溶液；向质量分数为5％的H2WO4·H2O溶液中加入质量分数为0.002％的十六烷基三甲基溴化铵溶液，再加入质量分数为5％的PEDOT:PSS溶液，再在搅拌速度为800r/min下搅拌20min，得到混合溶液B；
[0073] 步骤三④中所述的质量分数为5％的H2WO4·H2O溶液与质量分数为0.002％的十六烷基三甲基溴化铵溶液的体积比为1:0.2；
[0074] 步骤三④中所述的质量分数为5％的H2WO4·H2O溶液与质量分数为5％的PEDOT:PSS溶液的体积比为1:0.2；
[0075] 四、制备H2WO4·H2O/PEDOT薄膜：
[0076] ①、将表面沉积有Ag层的PET基底浸入到混合溶液B中2min，再将表面沉积有Ag层的PET基底以300μm/s的提拉速度从混合溶液B中提拉出来，再在室温下干燥3min；
[0077] ②、重复步骤四①3次，得到以PET为基底的H2WO4·H2O/PEDOT薄膜；
[0078] ③、将以PET为基底的H2WO4·H2O/PEDOT薄膜过热封机，得到透明的快速响应的柔性电致变色薄膜；
[0079] 步骤四③中所述的热封机的温度为100℃，热封时间为3s，热封压力为0.1MPa；
[0080] 所述的PET-ITO为ITO导电层覆盖在PET基底上，得到对电极；所述的ITO导电为氧化铟锡；
[0081] 所述的电解质层为浓度为0.5mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液，高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液的制备方法为：将高氯酸锂溶解到碳酸丙烯酯中，得到浓度为0.5mol/L的高氯酸锂碳酸丙烯酯溶液；
[0082] 所述的树脂为环氧树脂；所述的环氧树脂为TDE-85。
[0083] 图1为实施例一中制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜的SEM图；从图1可知，实施例一中制备的透明的快速响应的柔性电致变色薄膜为片状结构的三氧化钨，(其中混入的PEDOT由于含量较少而在SEM图中表现不明显)。
[0084] 图2为实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件的数码照片图；从图2可知，实施例一得到的透明的快速响应的柔性电致变色器件的柔性良好。
[0085] 图3为实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件的结构示意图，图3中1为透明的快速响应的柔性电致变色薄膜，2为电解质层，3为对电极PET-ITO，4为树脂。从图3可知，实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件包括：工作电极、对电极和电解质层，其中工作电极为透明的快速响应的柔性电致变色薄膜；对电极为PET-ITO；电解质层处于工作电极和对电极之间；所述的快速响应的柔性电致变色器件边缘使用树脂进行封装。
[0086] 图4为实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件采用计时电流法在900nm处，+3V～-3V测试下的透过率-时间曲线；从图4可知，实施例一中的一种快速响应的柔性电致变色器件在900nm处，+3V～-3V内的透过率稳定，响应时间短(透过率变化90％所需的时间为响应时间)，退色时间为5s，着色时间为9s，性能优异。
