[发明专利]一种柔性电致变色膜与器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料及器件技术领域，涉及柔性电致变色膜、柔性电致变色器件及其制备方法。

背景技术

电致变色(Electrochromism，EC)是指在外界电场的作用下，材料发生氧化或者还原反应导致其对光的透射或反射产生可逆变化，在外观上表现为颜色及透明度的可逆变化的现象。1969年，S.K.Deb首先采用无定形WO₃薄膜制作电致变色器件，并提出了“氧空位色心机理”。此后，人们逐渐认识到电致变色现象独特的优点和潜在的应用前景。电致变色器件在日常生活中已被广泛应用：电致变色节能灵巧窗、汽车后视防眩镜和显示器件等。

现有的大部分电致变色膜都是沉积于透明电极上，封装为如图1所示的器件，1代表沉积在透明上电极的变色膜，2代表液态电解液层、凝胶电解液层或固体电解液层，3代表透明下电极。该类器件中的电致变色膜是用电化学沉积、提拉法、旋涂法、丝网印刷和磁控溅射等方法沉积于透明电极上，然而这些方式制备电致变色膜时需要考虑由于电极方阻太大导致的薄膜不均匀的问题、材料与透明电极的附着力问题、电致变色材料的溶解性等问题，这就使电致变色膜的制备对电极及电极材料均有一定的选择性。若能于其他柔性衬底上沉积电致变色膜，得到一层不依附于电极单独存在的电致变色膜，就可以克服电致变色膜的制备难题，简化制备工艺，并且有望制备柔性大面积电致变色器件。

本专利申请的发明人长期致力于电致变色薄膜及器件的研究，发现若能得到一层不依附于衬底存在的电致变色膜将会大大改善薄膜及器件的性能。之前报道了一种完全不依附于任何衬底存在的电致变色膜的制备方法，为新型电致变色器件的结构组装开辟了一条新的道路(详见中国专利申请CN102109725A)；但在随后的工作中发现该类薄膜的制备需要聚合物在易挥发有机溶剂中有良好的溶解性，而且还需要该类聚合物能自身形成柔性薄膜，这就使该方法对聚合物种类有一点的选择性，限制了该类器件的应用。

发明内容

本发明提供了一种新型的柔性电致变色膜与器件及其制备方法，所提供的电致变色膜是用化学原位聚合法沉积于多孔柔性衬底上。该柔性电致变色膜可以适用于任何可以化学原位聚合的电致变色材料；该方法制备的电致变色膜均匀、附着力良好，并且不依附于电极单独存在，有效改善了于透明电极上制备电致变色膜的种种局限性；该方法制备的电致变色膜还可以封装为柔性器件，降低电致变色器件制备工艺的复杂性及成本，从而有望使得大面积柔性电致变色器件得到推广应用。

本发明技术方案如下：

一种柔性电致变色膜，如图2所示，包括电致变色膜2和多孔柔性衬底3，所述电致变色膜2由电致变色材料采用化学原位聚合法沉积于所述多孔柔性衬底3表面。

一种柔性电致变色器件，如图3所示，包括封装在一起的四层结构，从上往下依次是透明上电极1、柔性电致变色膜、吸附了电解液的多孔薄膜材料4和透明下电极5；其中所述柔性电致变色膜如图2所示，包括电致变色膜2和多孔柔性衬底3，所述电致变色膜2由电致变色材料采用化学原位聚合法沉积于所述多孔柔性衬底3表面。

一种柔性电致变色膜的制备方法，首先将能够聚合成导电聚合物的有机单体在质子酸的助溶下溶于水中，超声搅拌配制成均匀的溶液；然后将多孔柔性衬底浸泡于溶液中，搅拌下缓慢加入过硫酸铵氧化剂；待反应结束后取出沉积有导电聚合物的多孔柔性薄膜，用去离子水冲洗、超声，以去除表面的低聚物，最后将沉积有导电聚合物的多孔柔性薄膜晾干后得到柔性电致变色膜。

上述柔性电致变色膜的制备方法中，所述有机单体为苯胺、噻吩、吡咯或它们的衍生物。质子酸一方面起助溶剂的作用(常规下有机单体难溶于水)；另一方面为导电聚合物的聚合过程提供氢离子，使得沉积所得的导电聚合物为氢离子掺杂的导电聚合物，从而具有可逆的氧化-还原特性。

一种柔性电致变色器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备柔性电致变色膜。

首先将能够聚合成导电聚合物的有机单体在质子酸的助溶下溶于水中，超声搅拌配制成均匀的溶液；然后将多孔柔性衬底浸泡于溶液中，搅拌下缓慢加入过硫酸铵氧化剂；待反应结束后取出沉积有导电聚合物的多孔柔性薄膜，用去离子水冲洗、超声，以去除表面的低聚物，最后将沉积有导电聚合物的多孔柔性薄膜晾干后得到柔性电致变色膜。

步骤2：电致变色器件的组装。

按照从上往下的顺序将透明上电极、步骤1制备的柔性电致变色膜、多孔薄膜材料和透明下电极叠在一起，然后初步封装并露出部分多孔薄膜材料；然后利用露出的部分多孔薄膜材料吸附配置好的电解液；最后密封器件。