[发明专利]塑料基材上的电化学系统

说明书

本发明涉及包含至少一个活性物质(espèce)的电化学器件领域，特别是电致变色器件领域。这些电化学器件尤其被用于制造那些其光和/或能量透射或者光和/或能量反射可借助电流调制的玻璃。提到电致变色系统的具体例子，就会记起，它们包含，按公知的方式，至少一个阳极-着色或阴极-着色物质(espèce)，具有对应于2种氧化态的2种着色状态，其中一种状态一般是透明的。

许多电致变色系统根据下面的“五层”模型构筑：TC1/EC1/EL/EC2/TC2，其中TC1和TC2为电子导电材料，EC1和EC2是能可逆和同时插入阳离子和电子的电致变色材料，而EL是一种既是电子绝缘体又是离子导体的电解质材料。将电子导体连接到外电源上并通过在2个电子导体之间施加合适的电位差可改变系统的颜色。在电位差的作用下，视所考虑的系统而定，氧化态发生逆转，抑或离子从一种电致变色材料抽出并，穿过电解质材料，插入到另一种电致变色材料中。允许电子运输的电子导体和外电路保证整个系统的电中性。电致变色系统一般被沉积在载体上，后者可以是也可以不是透明的，有机或无机来源的，以下称其为基材。在某些情况下，可采用2种基材-或者，每一种具有电致变色系统的一部分，于是整个系统便可通过将这两种基材连接在一起而获得，或者一种基材具有整个电致变色系统，而另一种则旨在保护该系统。

当电致变色系统打算工作在透射模式时，导电材料一般是透明氧化物，其电子导电能力已通过掺杂，例如，材料In₂O₃:Sn，In₂O₃:Sb，ZnO:Al或SnO₂:F，而提高。锡-掺杂的氧化铟(In₂O₃:Sn或ITO)常常由于其高电子电导率性能及其低吸光性而被选中。当打算让系统工作在反射模式，则导电材料之一可以是金属型的。

使用得最多且研究得最多的电致变色材料之一是氧化钨，它随着其电荷插入状态的改变而从蓝色转变为透明的。这是一种阴极着色的电致变色材料，就是说，其着色状态对应于其插入(或还原)状态，而其脱色状态对应于抽出(或氧化)状态。在构筑五层电致变色系统期间，通常做法是将它与阳极着色电致变色材料如氧化镍或氧化铱组合，它们的着色机理具有互补性。这导致系统光反差的增强。还建议采用所涉及材料的氧化态呈光学中性的那些材料，例如，氧化铈。所有上面提到的材料都属于无机型，但也可以结合有机材料，例如，紫萝碱(联吡啶鎓)、5，10-二氢吩嗪、1，4-苯二胺、联苯胺、金属茂、普鲁士蓝或电子导电聚合物(聚噻吩、聚吡咯、聚香兰素等)或金属聚合物与无机电致变色材料，或甚至仅使用有机电致变色材料。

当采用主要基于有机材料的多层结构时，五层结构可简化为三层结构，即，TC1/AC/TC2，其中活性“层”AC处于聚合物基质、凝胶或液体形式。于是，该层AC，在同一介质中，包含所有必要电活性材料，即，特别是，阳极-着色和阴极-着色化学物质以及任选地，具有电解质功能的、溶解在碳酸丙烯酯型溶剂中的离子盐。另外，层AC还可含有1或多种聚合物和添加剂。在申请FR 2 857 759中描述的互穿网络聚合物体系也建筑在此种三层模型上。另外，传统上称作“紫萝碱”体系的简单体系，其中包含双吡啶盐(即，紫萝碱材料)型的阴极-着色和阳极-着色化学物质(例如，吩嗪)溶解在基于，例如，碳酸丙烯酯的液体或凝胶中者，也是三层体系。

不论心目中的结构如何，一律规定此种电化学系统必须沉积在具有有机玻璃功能的基材，传统上基于PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))、PC(聚碳酸酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或COC(环状烯烃共聚物)。

目前，上面提到的电化学结构在基本上有机本性基材上的沉积提出本发明要解决的许多问题。

因此，本发明人首先注意到，上述层AC的组合物的组分(其已直接沉积在有机本性基材的表面部分上)可使后者在经受化学腐蚀后过早老化。另外，有机基材不总是允许层AC发挥其功能。再者，与基材之间的相互作用可能使层AC的功能性下降。

本发明人还发现：

作为全固体或全聚合物的电化学系统操作所必需的基本无机本性的层TC1或TC2(它允许从着色状态转变为脱色状态所需电流通过，反之亦然)，在与有机基材的界面处存在问题。事实上，TC1或TC2一般基于ITO，且尽管为了获得所要求的电阻率(小于5Ω/□(ohm carré))而较厚，但要求在高温(几百摄氏度)进行沉积以便改善其结晶性，这在具有玻璃功能的基材是无机(由玻璃构成)时是可能的，但当基材是有机材料时则很难以想象。