[发明专利]用于可见光和IR调制的多重控制电致变色器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月30日提交的美国临时申请序列号61/503,015的权益，其全部内容(包括任何图、表或附图)通过引用并入本文。

背景技术

每年，美国总能源消耗的约4％是窗效率低下导致的，由于不良隔热和对太阳辐射的高传输，其允许建筑中不希望的热增益或损失而增加制冷或制热成本。窗的移除或覆盖需要增加照明成本以及减少自然光的美学及其他益处，已经证明这些美学及其他益处增加劳动力的生产力和幸福感。百叶窗是用来避免破坏性的强光，通常他们在强光停止时不再开。

为了克服这些缺点，动态的窗是节能窗研究的焦点。可以在施加受控电压时可控地调制可见光和/或热通量特性的电致变色窗是减轻窗低效率的有希望候选，因为窗的热通量特性可以手动或自动地控制。然而，已经证明没有系统可独立地并同时改变窗的热流(近红外(NIR)和/或中红外(MIR)透射)和可见透明率。尽管铟锡氧化物(ITO)可以用作动态窗中的透明电极(S)，其固有特性使得其在柔性电致变色器件(f-ECD)中的使用存在许多缺点。例如，当反复弯曲时，塑料上的ITO断裂，变得无法使用，使其不适用于改造现有窗。此外，ITO反射红外(IR)光，因此，其不允许红外透射达到与可能期望的同样高的水平。

除了智能窗应用，在适当的IR透明传导基底上的吸收/透射IR f-ECD可以用作用于IR检测器和成像系统的可弯曲的、轻质的IR遮光器和滤光器。IR技术领域将从引入f-ECD作为高成本重型机械对应物的替代中极大地获益。

发明概要

本主题发明的实施方案涉及ECD，所述ECD使得能够通过ECD中一个或更多个电致变色单元的调节同时独立地控制热和光。根据本发明的实施方案，电致变色系统包括至少一个电致变色单元，其中具有多个单元的这些ECD包括单元中至少一个的至少一个电极，所述单元包括含有膜的单壁碳纳米管(SWNT)。

每个单元包括工作电极、电致变色层、电解质层和电荷(charge)平衡层。在一个实施方案中，各个电致变色单元使用改变其在可见光和/或红外谱区域吸收/透射或反射的电致变色材料，使得能够同时实施可见光控制和红外调制或仅红外线对照。ECD可以用作“智能窗”或用作检测/成像系统中的IR遮光器/滤光器。在另一个实施方案中，多个独立的电致变色单元之一使用改变其在可见光的吸收或反射的电致变色材料，而第二单元使用改变其在红外的吸收或反射的电致变色材料。因此，当使用系统作为“智能窗”时，通过独立地控制施加到电致变色单元的电压，可独立地控制热辐射(IR)和可见光的通过。

ECD还可以包括用于自动控制的温度和/或光传感器。在一个实施方案中，光传感器包括在使用可见吸收或反射的电致变色材料的单元的回路中，温度传感器包括在使用红外吸收或反射的电致变色材料的单元的回路中。

ECD可以是独立的或者其可以是应用到现有表面上的层合体形式。ECD使得能够手动或自动控制通过系统的光与热(红外)。

附图说明

图1示出了以下的透射谱：150nm厚独立的SWNT膜(上部曲线)，AM1.5G太阳辐射谱(λ_最大＝1.6485W/m^-2·nm^-1)，(来自ASTM G173-03参照谱的右曲线)，和使用普朗克(Planck)方程计算得到的来自黑体辐射器在23.9℃的辐射(λ_最大29.8＝W·m^-2·μm^-1)(左曲线)，其中顶部的箭头表示通常的电磁谱区域，阴影部分表示根据本发明的实施方案的谱的部分，其中在电致变色器件(ECD)中至少一个电极的透明性是期望的。

图2示出了在聚乙烯(PE)(0.001和0.003英寸厚)上60nm SWNT膜的透射谱，其显示SWNT/PE在MIR区域的高(70-80％)透射率。

图3示出了根据本发明的一个实施方案的具有两个独立的电致变色单元的电致变色器件(ECD)，其中两个包括电极的SWNT沉积在中央公公用基底的两侧上。

图4示出了根据本发明的一个实施方案的可以与SWNT膜在ECD中使用的“粘性PF”的化学结构。

图5示出了根据本发明的一个实施方案的包括单个单元的ECD，其中可见光和IR在具有两个包括电极的SWNT的单个电致变色单元中被同时调制。