一種全固態(tài)電致變色器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電致變色器件，特別是一種采用聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)電致變色器件。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色器件(Electrochromic Devices)是指隨著外加電場極性和強度的變化，電致變色材料的顏色及其對入射光線的反射或透射強度發(fā)生可逆的改變，從而可以控制透過太陽輻射強度的一種器件。由于電致變色器件僅使用較低的直流電壓(一般不超過±5V)即可改變顏色，并且具有記憶效應，即在外加電場撤銷后，還可以長時間(一般超過8小時)保持當前的著色或褪色狀態(tài)，因此器件的能耗非常少。這種器件如果應用于建筑物的外墻面，人們可以根據(jù)季節(jié)和時間的變化，主動控制透過的太陽輻射強度，大大節(jié)省建筑物的能耗。其他應用還包括:太陽眼鏡、汽車天窗和側(cè)窗、防眩目后視鏡和側(cè)視鏡，飛機的舷窗、電子顯示屏等。
[0003]電致變色器件一般為5層結(jié)構(gòu):透明導電電極層、電致變色材料層、電解質(zhì)層、離子存儲層和另一導電電極層。電致變色器件按照使用的電解質(zhì)可以分為液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)兩大類。如專利CN203012308U和CN101493625B中公開的電致變色器件均采用液態(tài)電解質(zhì)，實現(xiàn)起來比較簡單，成本較低。但也存在許多問題，包括電解質(zhì)溶液的腐蝕和漏液，封裝困難，容易產(chǎn)生氣泡，而且制作的器件厚度較大等等。專利CN100498493采用低溫磁控濺射的方法制作包括含鋰的薄膜電解質(zhì)層在內(nèi)的器件的所有膜層，雖然器件厚度大大減小,但是對鍍膜質(zhì)量要求很高,容易出現(xiàn)短路的情況,成品率低,而且成本也較高。此夕卜，使用含鋰的聚合物電解質(zhì)然后固化的方法也可以制備全固態(tài)電致變色器件。如專利US8218225B2和CN101510038B中公開了用含鋰的聚合物電解質(zhì)制備全固態(tài)電致變色器件的熱固化方法，這種方法是在制備電解質(zhì)層時，將鋰鹽先溶解于有機溶劑之中，然后再和兩種以上的有機單體混合后加入引發(fā)劑，再提高溫度促使低聚物單體聚合和交聯(lián)以達到固化的目的。但是這種方式固化速度較慢、耗時長，能耗高，工藝也復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上問題，本發(fā)明采用紫外固化的方式，將鋰鹽先溶于有機溶劑之中，加入一定量的高分子聚合物材料以調(diào)節(jié)溶液的粘稠度和增強鋰離子的傳導率，然后加入預聚物、單體、光引發(fā)劑以及控制器件夾層厚度的玻璃微珠并充分混合后，將此混合物涂布于電致變色器件的電致變色材料層和離子存儲層之間，再利用紫外光的能量在室溫下進行聚合物電解質(zhì)的固化，最后利用透明不導電封裝膠水將器件周圍密封起來，制成全固態(tài)的電致變色器件。這種方式效率高、能耗低、可重復性高、簡化了器件的封裝工藝，適合高速自動化涂布生產(chǎn),可以大大提高生產(chǎn)效率。
[0005]如附圖1所示，本發(fā)明所述的全固態(tài)電致變色器件包括透明非導電基底，透明導電電極層、電致變色材料層，另一非導電基底，導電電極層，離子存儲層，以及處于電致變色材料層和離子存儲層之間的聚合物電解質(zhì)層。
[0006]在本發(fā)明的一種實施方案中，所述器件的透明非導電基底，可以是無機材料，如玻璃，也可以是有機材料，如:聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polythylene terephthalate)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
[0007]在上述透明非導電基底上形成透明導電電極層，如:In2O3: Sn (ITO)，SnO2:F(FTO),ZnO:Al (AZO)。
[0008]在本發(fā)明的一種實施方案中，所述另一非導電基底可以是對可見光透明的材料，也可以是對可見光不透明的材料。在上述非導電基底上形成的導電電極層，可以是對可見光透明的導電材料，如=In2O3:Sn(IT0)，SnO2: F (FTO)，ZnOiAl (AZO)，也可以是對可見光反射率較高的金屬材料，如:銀、鋁、鈦、鉻、鎳、鑰等。
[0009]在本發(fā)明的一種實施方案中，所述電致變色材料層可以是陰極著色電致變色材料，包括有機電致變色材料、過渡金屬氧化物或普魯士藍，可以是:Vilogen、Pyrazoline、Poly (aniline)、Tetrathiafulvalene> W03> MoO3、Nb2O5> Ti02、V2O5、Fe4[Fe (CN) 6] 3。
[0010]在本發(fā)明的一種實施方案中，所述離子存儲層可以是弱陰極著色電致變色材料或陽極著色電致變色材料。包括:N1、T12, V2O5, Co2O3> Rh203、IrO2等。
[0011]在本發(fā)明的一種實施方案中，所述聚合物電解質(zhì)層是由鋰鹽、有機溶劑、高分子聚合物材料、預聚物、單體及光引發(fā)劑，以及控制器件夾層厚度的玻璃微珠，按照一定比例混合，然后經(jīng)過紫外光照射后固化形成的材料層。
[0012]上述鋰鹽可以是:高氯酸鋰(LiC104)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、三氟甲基磺酸鋰(LiCF3SO3X 二 (三氟甲基磺酸)亞胺鋰(LiN (CF3SO2) 2)等。
[0013]上述有機溶劑可以是一種溶劑或幾種溶劑的混合物，包括:碳酸丙烯酯(Propylene carbonate)、碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate)、碳酸乙烯酯(Ethylenecarbonate)> 二甲基甲酸胺(Dimethyl formamide)、乙酸胺(Acetamide)、二甲基乙酸胺(Dimethyl acetamide)等。
[0014]上述高分子聚合物可以是:聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl meth-acrylate))、聚氧化乙烯(Poly (ethylene oxide))、聚乙稀乙二醇 Poly (ethylene glycole))、聚環(huán)氧丙燒(Poly(propylene oxide))等。
[0015]上述預聚物是具有反應活性的低分子聚合物，可以是:聚酯丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、不飽和聚酯、聚烯烴/硫醇等。
[0016]上述單體又叫活性稀釋劑，其主要作用是調(diào)節(jié)粘度和參加聚合反應，可以是一種或幾種單體的混合物如:苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸異冰片酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、已二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和N-乙烯基吡咯烷酮等。
[0017]上述光引發(fā)劑的作用是在吸收紫外光(波長250?400nm)能量后，分解產(chǎn)生自由基，進而引發(fā)單體及預聚物的聚合反應，使混合物由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。光引發(fā)劑可以是:聯(lián)苯甲酰、二苯甲酮、安息香及其醚化合物如安息香二甲醚、安息香乙醚、安息香丁醚等。
[0018]這樣，在器件運行時，通過導電電極在器件兩端加上電場，通過改變外加電場的極性和強度，聚合物電解質(zhì)層中的鋰離子可以可逆地進出電致變色材料層，電致變色材料的顏色改變導致器件對可見光的透過率或反射率實現(xiàn)連續(xù)的漸變式調(diào)節(jié)。
[0019]使用這種方法制作的電致變色器件具有以下有益效果: 1、使用聚合物電解質(zhì)制備全固態(tài)電致變色器件，可以避免液態(tài)電解質(zhì)的漏液問題；
2、加入高分子聚合物可以增加電解質(zhì)溶液的粘稠度，可提高涂布工藝的生產(chǎn)效率；還可以提高鋰離子的傳導率，減少器件的反應時間；
3、采用玻璃微珠控制器件的夾層厚度，使器件厚度大大減少，并且還可以避免由于鍍膜期間的灰塵引起的薄膜缺陷而導致的器件短路現(xiàn)象；
4、利用紫外光的能量實現(xiàn)聚合物電解質(zhì)的固化，相比熱固化的方法，能耗低、工藝簡單、適合自動化涂布生產(chǎn)，可以大大提高生產(chǎn)效率。
【附圖