[发明专利]基于动态金属-配体络合的电致变色材料、电致变色器件

说明书

本发明属于电致变色材料技术领域，公开了一种基于动态金属‑配体络合的电致变色材料、电致变色器件，由金属离子，变色材料和电解质混合而成，基于动态金属‑配体络合作用设计的电致变色器件，电致变色器件的结构分为液态电致变色器件结构和固态电致变色器件结构。液态电致变色器件结构分为第一电极、电致变色媒介、第二电极。固态电致变色器件结构分为第一电极、电致变色媒介、离子交换膜、辅助媒介、第二电极。本发明实现了全可见光谱可调、高对比度、同时具备高着色效率、快速的电致变色响应、优异的循环可逆性以及超低成本，制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明属于电致变色材料技术领域，尤其涉及一种基于动态金属-配体络合的电致变色材料、电致变色器件。

背景技术

目前，最接近的现有技术：现有电致变色材料都是基于电子转移的机理，主要可以分为：无机氧化物类电致变色材料、有机和聚合物类电致变色材料、金属有机配位物类电致变色材料。

以三氧化钨为代表的无机氧化物类电致变色材料具有无机物固有的稳定性好，抗紫外疲劳性的特点。以三氧化钨为例，电刺激下能够实现无色到蓝色的可逆变化。其变色机理是：施加电压时，WO₃发生氧化/还原，同时阳离子在其晶格内的嵌入与脱出使得氧化物晶相结构发生变化，进而产生材料颜色的改变。WO₃+M⁺+e^-→M_xWO₃。由于无机材料所固有的结构可修饰性差，不易实现多色调节，显示颜色较为单一，循环可逆性较差，着色效率低、同时由于其导电性差，导致其相同电压刺激下对比度不高，以及常采用的磁控溅射较高成本的制备工艺等制约了其在实际生活中的应用。共轭聚合物和紫罗精为代表的有机和聚合物类电致变色材料，以共轭聚合物聚噻吩为例，当分子被氧时，可以在其价带和导带之间逐渐形成具有更小带隙的极化子能级和双极化子能级，进而产生吸收光谱的变化。通过对其发色团上进行推吸电子结构的修饰可获得具有颜色可调的优点、并且其着色效率高，对比度高，由于反应过程中不稳定自由基的存在以及氧化还原位点和变色位点处于同一结构基元导致着色/褪色状态的光学记忆效应比较差。同时往往需要复杂的合成过程，成本较高。传统有机金属配合物类电致变色，其原理是基于中心金属离子发生氧化还原后，使得配体到金属离子之间的电子跃迁受阻，导致配体吸收光谱发生移动产生颜色的改变，但由于其吸收光谱一般比较宽，导致其色纯度较低，响应速度较慢同样限制了其应用。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术基于无机氧化物类电致变色材料颜色较为单一，循环可逆性较差，着色效率低、对比度不高。尽管有机电致变色具有较好的颜色可调性，但是其色纯度不够高，不同颜色的分子需要复杂的合成，成本较高，较难实现全光谱范围内高对比度变化，氧化还原过程中产生的不稳定自由基不利于着色/褪色状态的稳定，不利于循环的可逆性。

解决上述技术问题的难度：传统的无机、有机电致变色材料以及有机金属配合物类材料由于受其固有的氧化还原机理的限制，较难从根本上解决其固有的性能缺陷。以无机电致变色材料为例，尽管人们目前开发了多种制备材料的工艺，包括化学气相沉积，电沉积，溶胶-凝胶技术等，通过更加简单易得的方式制备了各种纳米材料,例如含纳米颗粒，纳米棒，纳米线的电致变色薄,在降低了其成本的同时，大大提高了其响应速度、循环可逆性等性能，其原因在于扩大了反应的表面积，增大了离子迁移的动力学。但是其结构的修饰性差，较难制备多色展示的电致变色材料。有机共轭聚合物在实现多色显示材料过程中复杂的设计合成也是难以避免，不稳定自由基也难以消除，性能的提高依旧受限。尽管众多课题组做了大量研究工作，依旧主要围绕原有材料的修饰，难以从根本上解决电致变色所遇到的瓶颈，同时在新的的电致变色机理开发方面进展缓慢。

解决上述技术问题的意义：通过开发基于动态金属-配体络合新的电致变色机理，利用金属离子优异的电化学稳定性以及染料分子种类可选择性广，材料简单易得，摩尔吸收光谱高等优点，克服传统电致变色材料固有的颜色可调性差，色纯度低，制备成本高，稳定性不好的固有缺陷，通过提高电致变色的性能，真正推动电致变色材料应用于日常生活的显示领域。

发明内容