一種電致變色材料結構及其制備方法及智能窗的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電致變色材料結構及其制備方法及智能窗，該電致變色材料結構為NiO薄膜沉積在一片ITO基片上，WO3-PANI復合薄膜沉積在另一片ITO基片上；固體混合聚電解質(zhì)設置于NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，并且固體混合聚電解質(zhì)的兩端均用樹脂封裝在NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間；通過將電致變色材料結構設置于兩片玻璃片之間形成該智能窗窗本體的結構。本發(fā)明通過對智能窗所使用的電致變色材料結構的選擇，使智能窗同時具有超級電容器的性能，智能窗可跟蹤入射光的能量進行調(diào)節(jié)從而控制室內(nèi)溫度的同時，可實現(xiàn)其對電荷的存儲與釋放。該結構安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長。
【專利說明】一種電致變色材料結構及其制備方法及智能窗
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電致變色材料【技術領域】，具體是涉及一種電致變色材料結構及其制備方法及智能窗。
【背景技術】
[0002]電致變色是指在一定的電場或電流作用下，材料會發(fā)生光散射或者光吸收，從而導致其顏色發(fā)生變化，當電極極性改變時，又會出現(xiàn)退色的現(xiàn)象。自從1969年Deb.S.K.首次發(fā)現(xiàn)了冊3具有電致變色現(xiàn)象以來，人們又相繼發(fā)現(xiàn)了很多與WO3 —樣具有電致變色性能的物質(zhì)，如NiO，紫羅精，聚苯胺等，使得電致變色材料的種類逐漸增多，應用逐漸變廣。
[0003]由于電致變色材料能夠控制光能，降低能量損耗，符合未來智能材料的發(fā)展趨勢，因此受到越來越多的關注。特別是如今，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識地逐漸提升，電致變色材料在智能窗的應用方面已成為研究熱點。這種智能窗是通過自動或者手動改變外加電壓或電流，從而使材料發(fā)生化學反應，導致其顏色發(fā)生變化，再跟蹤入射光的能量進行調(diào)節(jié)從而控制室內(nèi)溫度。然而現(xiàn)階段，智能窗只能發(fā)生顏色變化，并不能同時實現(xiàn)電荷的儲存與釋放，浪費了部分能源。
[0004]本發(fā)明通過選擇既具有電致變色性能又可用作超級電容器的材料制備智能窗，使智能窗同時具有超級電容器的性能，來實現(xiàn)其對電荷的存儲與釋放。其原理是將智能窗通電后，薄膜會發(fā)生電子的嵌入與抽出，使窗體顏色發(fā)生改變。由于超級電容器對電荷的儲存能力，斷電后電荷將留在電極/溶液界面的雙電層和電極材料本體中；同時，由于超級電容器可進行大電流充放電，當多扇智能窗并聯(lián)時，已變色的智能窗可對其他窗體實現(xiàn)快速充電使其變色。該結構安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長，顏色多變化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題而提供了一種電致變色材料結構及其制備方法及智能窗。
[0006]本發(fā)明的一種電致變色材料結構，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3-PANI復合薄膜和固體混合聚電解質(zhì)；其特征在于:所述的NiO薄膜沉積在一片ITO基片上，所述的WO3-PANI復合薄膜沉積在另一片ITO基片上；所述的固體混合聚電解質(zhì)設置于NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，并且固體混合聚電解質(zhì)的兩端均用樹脂封裝在NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間。
[0007]優(yōu)選地,所述的NiO薄膜采用化學浴沉積法制備；將0.16mol的硫酸鎳,0.03mol的過硫酸鉀和400ml水磁力攪拌混合均勻，配制得到混合溶液；將聚酰亞胺膠帶粘在ITO基片的非導電側(cè)以防止該側(cè)發(fā)生沉積；將ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向混合溶液中加入40mL氨水，劇烈攪拌，沉積得到薄膜后并用超純水洗滌；除去膠帶，將樣品放入烘箱烘干，然后在300°C空氣中退火1.5h制備得到NiO薄膜。
[0008]優(yōu)選地，所述的WO3-PANI復合薄膜采用電沉積法制備:將5mL0.1M的稀硫酸溶液與苯胺溶液磁力攪拌混合均勻，向其中加入2mL0.1M的鎢酸鈉溶液，配制得到透明的電解液；選擇兩電極體系，兩片ITO基片分別作為工作電極和對電極，先3mA恒流充電lmin，再3mA恒流放電lmin，最后在工作電極ITO基片上制備得到WO3-PANI復合薄膜。
[0009]優(yōu)選地，所述的固體混合聚電解質(zhì)的制備方法為:將0.2mol的檸檬酸一水化物、IOOmL無水乙醇、0.1mol的正娃酸乙酯和5g碳酸鋰混合均勻,然后將20g乙二醇加入到溶液中以促進聚合反應，最后在60°C加熱Ih以形成凝膠。
[0010]本發(fā)明的一種電致變色材料結構的制備方法，其特征在于包括下述步驟:
[0011](I)將ITO基片分別于丙酮、甲醇、超純水中超聲清洗20min，除去其表面的灰塵及油脂，得到清潔的ITO基片，放入烘箱烘干；
[0012](2)用化學浴沉積法制備NiO薄膜:將0.16mol的硫酸鎳，0.03mol的過硫酸鉀和400ml水磁力攪拌混合均勻，配制得到混合溶液；將聚酰亞胺膠帶粘在ITO基片的非導電側(cè)以防止該側(cè)發(fā)生沉積；將ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向溶液中加入40mL氨水，劇烈攪拌，沉積得到薄膜后并用超純水洗滌；除去膠帶，將樣品放入烘箱烘干，然后在300°C空氣中退火1.5h制備得到NiO薄膜；
[0013](3)用電沉積法制備WO3-PANI復合薄膜:將5mL0.1M的稀硫酸溶液與苯胺溶液磁力攪拌混合均勻，向其中加入2mL0.1M的鎢酸鈉溶液，配制得到透明的電解液；選擇兩電極體系，兩片ITO基片分別作為工作電極和對電極，先3mA恒流充電Imin，再3mA恒流放Imin，在工作電極ITO基片上制備得到WO3-PANI復合薄膜；
[0014](4)固體混合聚電解質(zhì)的制備:將0.2mol的檸檬酸一水化物、IOOmL無水乙醇、
0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸鋰混合均勻，然后將20g乙二醇加入到溶液中以促進聚合反應；最后在60°C加熱Ih以形成凝膠；
[0015](5)將所述的固體混合聚電解質(zhì)設置于NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，并且固體混合聚電解質(zhì)的兩端均用樹脂封裝在NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，最終得到所述的電致變色材料結構。
[0016]本發(fā)明的一種兼作為超級電容器的智能窗，包括框架、滑片和窗本體；其特征在于:通過將電致變色材料結構設置于兩片玻璃片之間形成所述的窗本體的結構。
[0017]采用電壓控制系統(tǒng)和各個智能窗窗體并聯(lián)。通電后，打開需要變色的智能窗開關，相應的智能窗即可發(fā)生變色；關閉電源，打開其他需要變色的智能窗開關，已變色的智能窗可實現(xiàn)對其他智能窗的快速充電使其變色，而該窗本體發(fā)生退色。
[0018]采用電壓控制系統(tǒng)和各個智能窗窗體并聯(lián)，打開電壓控制系統(tǒng)及窗體I開關，對窗體I施加-0.5?-5V的電壓，陽離子嵌入窗體I的薄膜中，窗體顏色變?yōu)樗{黑色，斷開電壓控制系統(tǒng)及窗體I開關，其顏色保持不變。此時，打開窗體I及窗體2開關，窗體I對窗體2進行大電流充電，陽離子從窗體I抽出嵌入到窗體2中，同時陰離子嵌入窗體1，窗體I顏色發(fā)生變化，經(jīng)歷黃色、綠色，最終變?yōu)樗{色；窗體2變?yōu)樗{黑色。以此類推。此外，當對各窗體施加反向電壓時，即O?+5V的電壓，顏色變化與上述過程相反。
[0019]本發(fā)明通過對智能窗所使用的電致變色材料的選擇與結構，使智能窗同時具有超級電容器的性能，來實現(xiàn)其對電荷的存儲與釋放。其原理是將智能窗通電后，對窗體施加-0.5?-5V的電壓，窗體顏色變?yōu)樗{黑色。此時，發(fā)生如下的變色反應:
[0020]
【權利要求】
1.一種電致變色材料結構，包括ITO基片、NiO薄膜、WO3-PANI復合薄膜和固體混合聚電解質(zhì)；其特征在于:所述的NiO薄膜沉積在一片ITO基片上，所述的WO3-PANI復合薄膜沉積在另一片ITO基片上；所述的固體混合聚電解質(zhì)設置于NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，并且固體混合聚電解質(zhì)的兩端均用樹脂封裝在NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的電致變色材料結構，其特征在于:所述的NiO薄膜采用化學浴沉積法制備；將0.16mol的硫酸鎳，0.03mol的過硫酸鉀和400ml水磁力攪拌混合均勻，配制得到混合溶液；將聚酰亞胺膠帶粘在ITO基片的非導電側(cè)以防止該側(cè)發(fā)生沉積；將1?基片垂直放置在混合溶液中，并向混合溶液中加入40mL氨水，劇烈攪拌，沉積得到薄膜后并用超純水洗滌；除去膠帶，將樣品放入烘箱烘干，然后在300°C空氣中退火1.5h制備得到NiO薄膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的電致變色材料結構，其特征在于:所述的WO3-PANI復合薄膜采用電沉積法制備:將5mL0.1M的稀硫酸溶液與苯胺溶液磁力攪拌混合均勻，向其中加入2mL0.1M的鎢酸鈉溶液，配制得到透明的電解液；選擇兩電極體系，兩片ITO基片分別作為工作電極和對電極，先3mA恒流充電lmin，再3mA恒流放電lmin，最后在工作電極ITO基片上制備得到WO3-PANI復合薄膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的電致變色材料結構，其特征在于:所述的固體混合聚電解質(zhì)的制備方法為:將0.2mol的檸檬酸一水化物、IOOmL無水乙醇、0.1mol的正娃酸乙酯和5g碳酸鋰混合均勻，然后將20g乙二醇加入到溶液中以促進聚合反應，最后在60°C加熱Ih以形成凝膠。
5.一種制備權利要求1所述的電致變色材料結構的方法，其特征在于包括下述步驟: (1)將ITO基片分別于丙酮、甲醇、超純水中超聲清洗20min，除去其表面的灰塵及油月旨，得到清潔的ITO基片，放入烘箱烘干； (2)用化學浴沉積法制備NiO薄膜:將0.16mol的硫酸鎳，0.03mol的過硫酸鉀和400ml水磁力攪拌混合均勻，配制得到混合溶液；將聚酰亞胺膠帶粘在ITO基片的非導電側(cè)以防止該側(cè)發(fā)生沉積；將ITO基片垂直放置在混合溶液中，并向溶液中加入40mL氨水，劇烈攪拌，沉積得到薄膜后并用超純水洗滌；除去膠帶，將樣品放入烘箱烘干，然后在300°C空氣中退火1.5h制備得到NiO薄膜； (3)用電沉積法制備WO3-PANI復合薄膜:將5mL0.1M的稀硫酸溶液與苯胺溶液磁力攪拌混合均勻，向其中加入2mL0.1M的鎢酸鈉溶液，配制得到透明的電解液；選擇兩電極體系，兩片ITO基片分別作為工作電極和對電極，先3mA恒流充電lmin，再3mA恒流放lmin，在工作電極ITO基片上制備得到WO3-PANI復合薄膜； (4)固體混合聚電解質(zhì)的制備:將0.2mol的檸檬酸一水化物、IOOmL無水乙醇、0.1mol的正硅酸乙酯和5g碳酸鋰混合均勻，然后將20g乙二醇加入到溶液中以促進聚合反應；最后在60°C加熱Ih以形成凝膠； (5)將所述的固體混合聚電解質(zhì)設置于NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，并且固體混合聚電解質(zhì)的兩端均用樹脂封裝在NiO薄膜和WO3-PANI復合薄膜之間，最終得到所述的電致變色材料結構。
6.一種兼作為超級電容器的智能窗，包括框架、滑片和窗本體；其特征在于:通過將權利要求I~4任一項權利要求所述的電致變色材料結構設置于兩片玻璃片之間形成所述的窗本體的結 構。
【文檔編號】G02F1/15GK103984177SQ201410190529
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權日:2014年5月7日
【發(fā)明者】趙九蓬, 曲慧穎, 李垚 申請人:哈爾濱工業(yè)大學