專利名稱：含有離子液體的電光裝置所用的電解液的制作方法
技術領域：
一般而言，本發(fā)明與電解質溶液以及電光裝置相關，更具體地說就是與耐紫外線染料溶于離子液體溶劑所形成的電解質溶液以及使用到這些電解質溶液的電光裝置相關。
背景技術：
電光裝置是一些在施加電壓后其光學性質發(fā)生變化的裝置。電光裝置有多種用途，比如電光裝置可用作為建筑物的可調濾光窗來控制建筑物對太陽能的吸收程度，還可用作為汽車的可調濾光鏡。電光裝置的一個具體形式是電變色裝置，即在施加電壓后其顏色發(fā)生改變的裝置。
電變色裝置具有可逆的調光功能，并有數(shù)種用途。其中的用途包括用作汽車、卡車、公共汽車、小型摩托車及摩托車的后視鏡以及用作為各種車輛、其他運輸工具(包括公路、鐵路、水上及空中交通工具)和建筑物的窗戶、眼鏡、人造光線的衰減及調節(jié)工具、顯示器、對比增強過濾器(包括用于安裝在頭盔上的顯示器所用的可調濾光器)。迄今為止，電變色裝置唯一成功的商業(yè)化應用是用于汽車的后視鏡。成本高及耐用性差限制了電變色裝置在窗戶領域的商業(yè)化應用。
電變色裝置在耐用性方面的缺陷在一定程度上是由以往技術所用的電解質及溶劑引起的?，F(xiàn)有裝置通常所用的高電介溶劑具有以下一項或多項缺陷揮發(fā)性高、對濕度的敏感性高、具有親水性、電化學穩(wěn)定性差、化學活性高以及易于在光線下發(fā)生降解(通常由紫外線降解)。電變色裝置所用溶劑的一個要求是，電變色裝置所用的其他化學組分是可溶的，并且這些其他的化學組分與溶劑在一起時具有化學穩(wěn)定性。
最近在離子液體研究方面的進展表明，通過使用有機離子液體溶劑可以解決與傳統(tǒng)溶劑相關的問題，這些有機溶劑由氨的陽離子和三氟磺?；愱庪x子組成。除了可以解決前面所述的問題外，這些溶劑還有很低的可燃性，這就使含有這些有機溶劑的制品比含有傳統(tǒng)有機溶劑的制品更加安全。
電光裝置所用離子液體的應用限制在于電變色裝置中的許多已知元件在離子液體中有一定的溶解性。此外，已知的電變色染料和添加劑固有的局限性與傳統(tǒng)有機溶劑固有的局限性大致相仿，比如這兩類物質的電化學穩(wěn)定性與傳統(tǒng)有機溶劑的固有限制不相上下，因此，這些染料和其他添加劑不能充分利用離子液體的先進特性。例如，A.McEwen等人的WO 01/93363專利申請、M.Watanabe等人的98168028號日本專利申請以及C.Michot等人的6,365,301號美國專利對離子液體的使用進行了說明；WO01/93363號專利申請的標題為“不可燃的電解液”，98168028號日本專利的標題為“常溫熔鹽以及使用這些鹽類物質的電化學裝置”，6,365,301號美國專利的標題為“用作為電解質的材料”，該美國專利于2002年4月2號授權。以上三項專利在此通過引證被并入本文。這些文獻和專利對離子液體在電解液中的使用進行了說明，但沒有給出電解質組分的具體細節(jié)以及使用這些離子液體的電變色裝置的特性。
因此，仍有必要發(fā)明某些耐用性更好的電光裝置。
因此，本發(fā)明的一個目標是提供具有更佳耐用性的電光裝置。
本發(fā)明的另一目標是提供電光裝置所用的電解質溶液。
本發(fā)明的再一個目標是提供電光裝置中離子液體所用的可溶性染料化合物。
本發(fā)明的其他目標、優(yōu)勢及新特點將在以下的說明中分別給出，通過對本文以下的說明進行檢驗或通過對本發(fā)明進行實踐可使本領域中的技術人員清楚地了解本發(fā)明的這些目標、優(yōu)勢和新特點。本發(fā)明的目標和優(yōu)勢可通過本文所附權利要求所具體給出的手段和組合方式而實現(xiàn)或得到。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的目標和目的，正如本文所體現(xiàn)和說明的，本發(fā)明包括玻璃化轉變溫度低于約-40℃的電解質溶液，該電解質溶液包括至少一種溶解于離子液體溶劑中的雙功能氧化還原染料化合物。本發(fā)明所用的一種類型氧化還原染料化合物含有一半的氧化還原活性陽極物質和一半氧化還原活性陰極物質。另一種類型的氧化還原染料化合物含有一半的能量受體，另一半是氧化還原活性陽極物質或氧化還原活性陰極物質。優(yōu)選的離子液體溶劑的陽離子包括鋰離子和季銨離子，其中優(yōu)選的季銨離子為吡啶陽離子、噠嗪陽離子、嘧啶陽離子、吡嗪陽離子、吡唑啉陽離子、咪唑陽離子、噻唑陽離子、噁唑陽離子、三唑陽離子、四烷基季銨陽離子、N-甲基嗎啉陽離子、分子式為[(CH3CH2)3N(R1)]+的陽離子，其中R1是具有2-10個碳原子的烷基、分子式為[(CH3)2(CH3CHCH3)N(R2)]+的陽離子，其中R2是具有2-10個碳原子烷基、結構式為 的陽離子，其中R3是具有2-10個碳原子的烷基、結構式為 的陽離子，其中R4是具有2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選的陰離子包括三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。
本發(fā)明還包括至少具有一個隔室以及含有雙功能氧化還原染料化合物電解質溶液的電光裝置，電解質介質位于隔室內，雙功能氧化還原染料化合物溶解在離子液體中，電解質溶液的玻璃化轉變溫度低于約-40℃。本發(fā)明所用的一種類型的氧化還原染料化合物含有一半的氧化還原活性陽極物質，另一半是氧化還原活性陰極物質。另一種類型的氧化還原染料化合物含有一半的能量受體，另一半是氧化還原活性陽極物質或氧化還原活性陰極物質。優(yōu)選的離子液體溶劑的陽離子包括鋰離子和季銨離子，其中優(yōu)選的季銨離子為吡啶陽離子、噠嗪陽離子、嘧啶陽離子、吡嗪陽離子、吡唑啉陽離子、咪唑陽離子、噻唑陽離子、噁唑陽離子、三唑陽離子、四烷基季銨陽離子、N-甲基嗎啉陽離子、分子式為[(CH3CH2)3N(R1)]+的陽離子，其中R1是具有2-10個碳原子的烷基、分子式為[(CH3)2(CH3CHCH3)N(R2)]+的陽離子，其中R2是具有2-10個碳原子烷基、結構式為 的陽離子，其中R3是具有2-10個碳原子的烷基、結構式為 的陽離子，其中R4是具有2-10個碳原子的烷基，優(yōu)選的陰離子包括三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。
本發(fā)明還包括電光裝置所用的染料化合物。
本發(fā)明還包括使用熱離子液體電解質溶液充填空電光裝置的方法，電光裝置帶有間隔相對較近的板，每塊板上面朝內的一側為導電表面，這些板的周邊被某種密封介質密封起來，其中密封介質包裹住了每塊板的面積。填充方法涉及到在空電光裝置的密封介質上開一個小孔，并將空電光裝置連同一個含有離子液體溶劑的電解質溶液容器一起放入到一個槽室中，在對槽室進行抽真空后，將空電光裝置沉入到電解質溶液中，并使密封上的小孔低于溶液的表面。至少一部分電解質溶液至少被加熱到40℃。通過使溶液暴露在高于空電光裝置內部壓力的氣壓下，熱的電解質溶液便會流入到電變色裝置中。在電光裝置充入電解質溶液后，將這一個小孔封閉起來。
圖示簡介本文所附圖形是本技術說明的組成部分，這些圖形以圖解的方式表明了本發(fā)明的實施方案，這些圖形連同本說明被用來對本發(fā)明的原理進行解釋說明。


圖1a是本發(fā)明中電變色裝置某一實施方案的剖面?zhèn)纫晥D。
圖1b是圖1a中電變色裝置實施方案的透視圖。
圖2是本發(fā)明中電變色裝置某一實施方案的剖面?zhèn)纫晥D，其中的電變色裝置包括具有電化學活性的涂層。
圖3是本發(fā)明中電變色裝置某一實施方案的剖面?zhèn)纫晥D，其中的電變色裝置包括具有電化學活性的涂層以及離子選擇滲透層。
圖4是本發(fā)明中電變色裝置某一實施方案的剖面?zhèn)纫晥D，其中的電變色裝置包括兩種具有電化學活性的涂層。
圖5a-c是真空填充過程的示意圖。
圖6表明的是幾種溶劑的吸收光譜。
圖7表明的是在電解液中含有氧化還原染料的電變色裝置在著色狀態(tài)和消色狀態(tài)下的傳導光譜。
圖8表明是在電解液中含有氧化還原染料的電變色裝置的動態(tài)跟蹤情況。
圖9表明的是含有一層氧化鎢的電變色裝置在著色狀態(tài)和消色狀態(tài)下的傳導光譜。
圖10表明的是測量本發(fā)明實施方案中匯流條之間距離的方法。
圖11表明的是確定離子液體以及離子溶液和非離子溶液的玻璃化轉變溫度所用的數(shù)據(jù)圖。
圖12表明的是確定離子液體以及離子溶液和非離子溶液的玻璃化轉變溫度所用的另一數(shù)據(jù)圖。
圖13表明的是電荷轉移絡合物的吸收光譜和單個組分的吸收光譜。
圖14表明的是在N-丁基-N-甲基吡咯烷陽離子二(三氟甲基磺?；?亞胺中5，10-二羥基-5，10-二甲基吩嗪和N，N-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺之間的電荷轉移絡合物的循環(huán)伏安圖。
本發(fā)明的詳細說明本發(fā)明涉及將離子液體用作為電解質溶劑的電光裝置。其中離子液體是熔點在常溫或常溫之下的熔融狀態(tài)鹽類物質。就本發(fā)明的目的而言，“離子液體”和“熔鹽”這些詞語具有相同的意思。R.Hagiwara和Y.Ito在《氟化學》雜志(105期，2000年，221-227頁)發(fā)表的題為“烷基咪唑啉陽離子和氟陰離子組成的常溫離子液體”一文中給出了部分這些鹽類物質。本發(fā)明中的離子液體溶劑并不包括礦物酸(比如硫酸)。
只有幾篇文獻和幾項專利建議在電解質中使用離子液體(如A.McEwen等人的WO 01/93363號專利申請、M.Watanabe等人的98168028號日本專利以及2002年4月2日授權給C.Michot等人的6,365,301號美國專利，其中WO 01/93363號專利申請的標題為“不可燃性電解質”，98168028號日本專利的標題為“常溫熔鹽以及使用這些鹽類物質的電化學裝置，6,365,301號美國專利的標題為”“用作為電解質的材料”)。但這些文獻和專利并未提供電變色裝置所用電解質組分的具體的細節(jié)，也沒有對使用這些液體的電變色裝置的特性進行說明。
本發(fā)明與使用離子液體作為溶劑的電變色裝置所含的電解質和其他組分以及該電變色裝置的結構相關。本發(fā)明還與離子液體在顯示裝置中的使用相關，其中單個的電極可通過電變色裝置的操作而產生圖像、文字及其他影像，并對這些圖像、文字及其他影像進行控制。本文將對制造電光裝置的工藝方法進行說明。
對離子液體進行認真的篩選可得到多種益處，這其中包括電化學穩(wěn)定性的范圍更寬(大于4V，或在某些情況下大于6V)、疏水性更強、分解溫度更高(本發(fā)明所用的離子液體不會沸騰，但會分解，分解溫度應高于150℃，更理想的情況是分解溫度高于200℃)、可忽略不計的蒸汽壓(例如見C.M.Gordon在《應用催化》發(fā)表的文章“使用離子液體的催化技術新進展”(222期，2001年，101-117頁)、J.M.Earle在《綠色化學》發(fā)表的文章“離子液體中的第爾斯-阿爾德反應”(第1期，1999年，23-25頁)、不可燃性(不能被火焰所點燃，見WO 01/93363)、紫外線敏感性低(對于非共軛陽離子而言，對波長在290～400納米的光線沒有吸收高峰)、高導電性。
本發(fā)明所用的離子液體包括由與有機陰離子或無機陰離子結合在一起的有機陽離子所構成的鹽類物質。本發(fā)明中優(yōu)選的陰離子包括氟離子、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子(N(CF3SO2)2-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((C2F5SO2)2N-)、三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)、四氟硼酸根離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、六氟銻酸根陰離子(SbF6-)以及六氟砷酸根陰離子(AsF6-)。在這些陰離子中，優(yōu)選的陰離子為三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子(N(CF3SO2)2-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((C2F5SO2)2N-))以及三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。最理想的陰離子是雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)，因為這種陰離子物質的成本低，并且具有高疏水性。在以前的技術中，雙(三氟甲基磺酰基)亞胺陰離子有時被稱為雙(三氟甲烷磺?；?酰胺或雙(三氟甲烷磺?；?亞胺，基結構式為
本發(fā)明所用的優(yōu)選熔鹽有機陽離子包括吡啶陽離子、噠嗪陽離子、嘧啶陽離子、吡嗪陽離子、咪唑陽離子、吡唑啉陽離子、噻唑啉陽離子、噁唑啉陽離子、三唑啉陽離子，但優(yōu)選的有機陽離子并不限于這些陽離子。基于季銨陽離子的優(yōu)選離子液體都是玻璃化轉變溫度低于-40℃的離子液體，J.Sun、M.Forsgth和D.R.MacFarlane在《物理化學》雜志上發(fā)表的題為“基于季銨離子的常溫熔鹽”(102期，1998年，8858-8864頁)和1998年10月27日授予V.R.Koch等人的5,827,602號美國專利列出了優(yōu)選的離子液體；5,827,602號美國專利的標題為“疏水性離子液體”，這兩篇文獻在此通過引證被并入本文。
優(yōu)選的離子液體含有四烷基銨陽離子，因為由這些陽離子組成的離子液體對紫外線光譜的吸收率最小，這就使基于這些陽離子的熔鹽具有更強的光化學穩(wěn)定性(見上文中J.Sun等人的文獻)。本發(fā)明所用的季銨陽離子可以被氫、氟、苯基、帶有1～15碳原子的烷基基團以及其他的化學取代物所取代。陽離子甚至可具有橋連結構。
最適合的季銨陽離子的分子式為(CH3CH2)3N(R1)，或者為(CH3)2(CH3CHCH3)N(R2)，或者結構式為 的化合物，或者結構式為
的化合物；其中R1是具有2-10個碳原子的烷基，R2是具有2-10個碳原子的烷基，R3是具有2-10個碳原子的烷基，R4是具有2-10個碳原子的烷基。
最理想的離子液體溶劑是N-丁基-N-甲基吡咯烷雙(三氟甲基磺酰基)亞胺。
由于電變色裝置可用于很寬的溫度范圍內(比如汽車窗戶可承受-40℃～95℃或更高的溫度)，所以具有高電化學穩(wěn)定性的窗戶可以確保即便使電變色材料發(fā)生氧化還原變化的電化學勢能隨溫度而變時，這些電化學勢能仍處于離子液體溶劑的穩(wěn)定性范圍內。高疏水性可確保水不會成為電解質的組成部分并產生不可逆轉的電化學反應。
從電光裝置的制造角度而言，離子液體的沸點高和蒸汽壓低是十分有用的特性。大多數(shù)電變色裝置是在真空狀態(tài)下進行填充的(以后將對真空裝填過程進行詳細的說明)。蒸汽壓低不會使真空系統(tǒng)受到污染，同時保證電解質的組分恒定，并不會在裝填過程中留住氣泡。這一特性還增強了工作場所的化學安全性。從安全的角度而言，可燃性低是十分重要的，尤其是電光裝置應用于建筑和運輸領域時，可燃性低顯得尤為重要。
本發(fā)明所用的優(yōu)選離子液體溶劑并不會大量吸收波長在290納米以上的紫外線，因此，當暴露在這些波長的紫外線下而時，離子液體溶劑不會降解成副產物，其中這些副產物可導致可逆變色、形成氣體和/或生成電化學活性/惰性物質。
優(yōu)選的離子液體溶劑是那些可使玻璃化轉變溫度低于0℃，優(yōu)選的情況是低于-20℃，最好是低于-40℃的離子液體溶劑。正如實例8將要表明的(見下文)，玻璃化轉變溫度可通過粘度數(shù)據(jù)進行測定。
為了制造可實際應用的電變色裝置，電解質中需要含有幾種成分。根據(jù)裝置的結構及其應用，電變色裝置可能需要紫外線穩(wěn)定劑、其他的助溶劑(例如碳酸異丙烯酯、甲基環(huán)丁砜)和鹽類物質、氧化還原染料、粘度改性劑、膠凝材料、具有永久性色彩的染料，其中包括吸收近紅外區(qū)域光線(波長在700～2500納米之間)的染料以及遮光劑。本文下面將對幾種類型的電變色裝置、電解質溶液以及其他的組成部分進行說明。圖1～4表明的是含有液相電解質或固體分層電解質的電變色裝置。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中帶有詳細的參考注釋。相似或相同的結構用相同的稱謂進行標識。圖1a和圖1b分別是本發(fā)明中電變色裝置實施方案的側視圖和透視圖。在本技術領域中，這種結構的裝置被稱為單室裝置，因為電化學活性只存在于傳導電極間的一層材料(即電解質)中。圖1a和圖1b表明的是電變色裝置10，該裝置包括第一基板12和第二基板14。應該理解的是，基板并不限于任何特定的形狀和材料，比如基板可以由塑料或玻璃制成，一個電極可由不透明的基板制成，比如由金屬、金屬包裹的塑料或金屬包裹的玻璃制成。優(yōu)選的金屬材料包括鋁、銀、鉻、銠、不銹鋼以及由銀與金、鈀、鉑或銠形成的銀合金。彎曲的基板也可以被使用。為了方便起見，小而平的玻璃片可用作為基板。裝置10在第一基板12上含有第一導電層16，在第二基板14上含有第二導電層18。導電層通常為銦鋅氧化物或含氟的銦鋅氧化物，但任何其他的導電涂層也可以被使用，例如金屬薄層或導電的聚合物薄層也可以被使用。如果第二基板14不是導電的，例如是由玻璃或塑料制成的，則需要使用導電層18。然而，如果第二基板14已經具有導電性，例如當?shù)诙?4是由金屬材料、金屬包裹的玻璃或金屬包裹的塑料制成時，則導電層18是可選的。當?shù)诙?4具有導電性時，則第二基板同時起到結構基板和導電層的雙重作用。電變色裝置10包括金屬匯流條20，一個金屬匯流條附在第一導電層16的末端上，另一金屬匯流條附在第二導電層18的末端上。如果第二基板14具有導電性，則匯流條20可直接附在第二基板14上。導線22被焊接或連接在每個匯流條20上，從而使匯流條與電源(電池或類似的電源，未在圖中表明)相連。
匯流條20由適用的導電金屬材料制成，并與導電層或基板形成良好的導電接觸。具體的匯流條材料包括銀玻璃料、焊接合金、金屬條、金屬絲以及金屬夾。優(yōu)選的匯流制造材料包括銅、銅合金(比如銅-鈹合金)以及鍍錫銅材。
電變色裝置10還帶有非導電的墊片24，這一墊片在第一導電層16和第二導電層18之間形成了密封，或者在隔室26沒有使用第二導電層18的情況下，該墊片在第一導電層16和第二基板14之間形成了密封。優(yōu)選的情況是，隔室26的寬度在第一導電層16的寬度和第二導電層18的寬度之間，具體的寬度約在20微米至5000微米之間。更佳的隔室寬度約在40微米至500微米之間。
墊片24對于本發(fā)明所用的熔鹽電解質具有化學穩(wěn)定性，該墊片基本上不透水和空氣(尤其是氧氣和二氧化碳)，并在較寬的溫度范圍內具有堅固性，最好約在-40℃～100℃范圍內具有堅固性。墊片24在兩個導電表面之間起到絕緣作用，這樣可使基本上所有的電流流過電解質溶液30。一般而言，墊片24的厚度決定著第一導電層16(即工作電極)和第二導電層18(即與工作電極相對的電極)之間的距離，并決定著隔室26的體積以及裝置10的內部電阻。
裝置10包括至少一個端口28，熔鹽溶液30通過該端口填充到隔室26中。端口28可位于任何方便的位置上(例如端口28穿過墊片24、第一基板12、第二基板14)。如果采用真空法在隔室26中填充溶液30，則只需要一個端口，但在使用其他的充填方法時，裝置10也可以帶有另外的端口(比如帶有泄壓端口)。在填充完畢后，端口28被封閉起來。
電解質溶液30是非揮發(fā)性和疏水性物質，該溶液具有高濃度的陽離子和陰離子，從而對電流構成了最小的阻力。隔室26中的溶液30與第一導電層16和第二導電層18(當不使用第二導電層18時與第二基板14)保持導電接觸。
電解質溶液30的大部分是離子液體溶劑。溶液30還包括至少一種陽極物質和至少一種陰極物質。陽極物質和陰極物質可各自占某一雙功能氧化還原化合物的一半。為了改善陽極物質和陰極物質在離子液體溶劑中的可溶性，陽極物質和/或陰極物質可以是離子物質。在優(yōu)選情況下，相關的陰離子與離子液體溶劑中的陰離子是相同的。
在優(yōu)選情況下，熔鹽溶劑的陽離子是四烷基氨、烷基取代吡咯烷或烷基取代咪唑。優(yōu)選的熔鹽陰離子是高氯酸根陰離子(ClO4-)、四氟硼酸根陰離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。
最優(yōu)選的熔鹽是N-丁基-N-甲基吡咯烷基雙(三氟甲基磺?；?亞胺。
可選擇的是，溶液30可包括觸變劑，例如包括分散的、電化學惰性無機物，比如便于注射到隔室26中的二氧化硅或氧化鋁。
溶液30還可含有一種或多種著色劑，從而使電變色裝置在著色狀態(tài)或消色狀態(tài)下具有所需的顏色。
本發(fā)明所用的雙功能染料在紫外線輻射下具有穩(wěn)定性。溶液30可含有其他的可溶性紫外線穩(wěn)定劑(見《化學周刊》上的“現(xiàn)代塑料世界大觀”(2001年)，該文獻在此通過引證被并入本文)。
溶液30還可以含有一種或多種硬化劑，從而在保持導電性的同時提高溶液30的粘度。這樣做是為了在裝置10受到損壞時使溶液30的散落降到最低程度。硬化劑包括有機物單體及聚合物，例如聚(丙烯腈)、聚(偏二氟乙烯)、聚(六氟丙烯)、聚(乙烯醇)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(異丁烯酸甲酯)以及這些聚合物的共聚物，但硬化劑并不局限于這些物質。這些聚合物可以就地聚合。這些聚合物可通過單體的聚合而形成交聯(lián)(例如見D.V.Varaprasad等人的6,420,036號美國專利，該專利的標題為“電變色聚合物固態(tài)膜、使用這些固態(tài)膜制造電變色裝置以及制造這些固態(tài)膜和電變色裝置的過程”，該專利于2002年6月16日被授予其發(fā)明人，其全文在此通過引證被并入本文)。舉例而言，聚甲基丙烯酸甲酯可以通過在熔鹽中加入甲基丙烯酸甲酯，然后再加入過氧化苯甲酰觸發(fā)聚合過程而獲得。
可以選擇的是，溶液30可含有一種或多種可溶性助溶劑，這些助溶劑可降低溶液30的粘度，并且不會影響變色鏡的耐用性和功能。優(yōu)選的情況是，助溶劑對質子具有惰性，并且具有較高的沸點(優(yōu)選情況下高于150℃)、較低的熔點(優(yōu)選情況下低于-30℃)，助溶劑在溶液30所占的濃度約在0.5％～30％之間。優(yōu)選的助溶劑包括碳酸丙二酯、N-甲基吡咯烷酮、全氟萘烷和全氟癸烷。
在優(yōu)選情況下，裝置10可包括虛擬參考電極32，該參考電極可測定導電層16的電勢。虛擬參考電極32可以由金屬銀絲制成，并插入墊片24中。虛擬參考電極32并不與導電層16或導電層18相接觸，虛擬參考電極也可以以其他的形式存在。舉例而言，通過在導電層16或導電層18上蝕刻隔離線而將一小部分與導電層分離開，分離出的這一小部分可作為虛擬參考電極。
通過使用本發(fā)明中的電變色裝置取代窗戶中的一個或多個窗格可將本發(fā)明應用于標準的多窗格玻璃窗中。窗格玻璃上可涂上一層低發(fā)射率材料，從而阻止/衰減紫外線、紅外線和/或可見光。
有許多專利對電變色裝置進行過說明。1990年2月20日授予H.J.Byker的4,902,108號美國專利、1999年12月7日授予S.Ramanujan等人的5,998,617號美國專利以及2000年4月4日授予D.V.Varprasad等人的6,045,724號美國專利對使用非離子液體電解質的電變色裝置進行了說明；其中4,902,108號美國專利的標題為“單隔室、自消色溶液相電變色裝置及該裝置中溶液的使用和該裝置的使用”，5,998,617號美國專利的標題為“電變色化合物”，6,045,724號美國專利的標題為“大面積電變色窗”，這三項專利在此通過引證被并入本文。另外一些對使用固態(tài)電解質的電變色裝置進行過說明的專利包括6,245,262號美國專利以及5,940,201號美國專利；6,245,262號美國專利于2001年6月12日授予D.V.Varaprasad等人，該專利的標題為“電變色聚合物固態(tài)膜、使用這些固態(tài)膜制造電變色裝置以及制造這些固態(tài)膜和裝置的過程”，5,490,201號美國專利于1999年8月17日授予K.L.Ash等人，該專利的標題為“帶有兩個薄玻璃單元和膠凝電變色介質的電變色鏡”，這兩項專利在此通過引證被并入本文。一般而言，使用液體電解質對聚合物進行增塑可生成固體電解質。這些專利中所述的溶劑是中性物質，比如是腈類物質(例如戊二腈、3-羥基丙腈)、環(huán)丁砜類物質(例如3-甲基環(huán)丁砜)、醚類物質(例如聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷和甘醇二甲醚)、醇類物質(例如乙氧基乙醇、乙醇)、醚類物質和酯類物質(例如γ-丁內脂、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯)以及這些物質的混合物。雖然這些專利列出了更詳細的溶劑和其他成分，但這些專利并未對這些離子液體的使用進行說明。
使用紫外線過濾裝置及添加劑可改善所提到的電光裝置的紫外線穩(wěn)定性(見1999年1月26日授予N.R.Lynam的5,864,419號美國專利、2000年9月19日授予N.R.Lynam的6,122,093號美國專利、2002年3月26日授予K.L.Baumann等人的6,362,914號美國專利以及2001年10月30日授予J.R.Lomprey等人的6,310,714號美國專利，其中5,864,419號美國專利的標題為“反射紅外線、防紫外線及保護安全的車用電變色玻璃窗”，6,122,093號美國專利的標題為“降低紫外線輻射、保護安全的電變色玻璃窗元件”，6,362,914號美國專利標題為“具有更強紫外線穩(wěn)定性的電變色材料及含有這些材料的裝置”，6,310,714號美國專利的標題為“具有穩(wěn)定著色的電變色裝置”)。在5,140,155號美國專利中，溶劑是根據(jù)其對紫外線的吸收特性而進行選擇的，該專利于1992年8月18日授予D.V.Varaprasad等人，其標題為“高性能電變色溶液及使用這種溶液的裝置”。成本最低的方法是在電解質中加入紫外線穩(wěn)定劑。
當本發(fā)明所用的離子液體為耐紫外線材料時，本發(fā)明中含有這些材料的電變色裝置仍需要其他的穩(wěn)定劑來保護其他的成分，比如保護聚合物和染料，同時降低由光線所引發(fā)的電極/電解質之間的相互作用。就本發(fā)明的目的而言，紫外線穩(wěn)定劑包括那些吸收紫外線輻射的材料以及能夠消除由紫外線照射所生成物質的材料，從而將紫外線輻射所造成的損害降至最低。任何紫外線穩(wěn)定劑和任何其他成分，包括染料在內必須在裝置操作的溫度范圍內能夠溶解于電解質中。由于電變色裝置在大多數(shù)情況下是用作為鏡子、窗戶及易受天氣因素影響的設施，所以紫外線穩(wěn)定劑必須適用于較寬的溫度范圍。在優(yōu)選情況下，電變色裝置的最小工作溫度范圍在0℃～50℃之間，更佳的工作溫度范圍在-20℃～70℃之間，最理想的工作溫度范圍在-40℃～105℃之間。在化學周刊協(xié)會出版物“現(xiàn)化塑料大觀”的C120～C122頁可以找到某些紫外線穩(wěn)定劑，該文獻在此通過引證被并入本文。某些優(yōu)選的紫外線穩(wěn)定劑是苯甲酮及其衍生物，因為這些物質能與多種離子液體相兼容(見M.Muldoon等人在《化工通訊》上發(fā)表的“通過苯甲酮的三重受激態(tài)而從離子液體中提取氫”(2001年，2364-2365頁)、D.Behar等人在《物理化學》上發(fā)表的“通過脈沖輻解作用研究離子液體的反應動力學在溶劑甲基三丁基氨雙(三氟甲基磺?；?亞胺以及n-丁基吡啶四氟硼酸鹽中的氧化還原反應”(2002年，106卷，3139-3147頁))。其他優(yōu)選的紫外線穩(wěn)定劑為苯并三唑(及其衍生物)和三嗪(及基衍生物)。由于紫外線穩(wěn)定劑在熔鹽溶液中所占的重量百分比在0.01％～40％，所以加入紫外線穩(wěn)定劑還可以降低電解液的凝固點。
當在1厘米長的路徑長度及使用紫外線穩(wěn)定劑重量百分比約為1％的離子液體進行測定時，紫外線穩(wěn)定劑通常對波長在290-400納米之間的紫外線具有大于1的平均吸收率(使紫外線衰減90％)，更優(yōu)選的吸收率是大于2(使紫外線衰減99％)。通過將含有紫外線穩(wěn)定劑溶液的紫外線吸收率減去不含紫外線穩(wěn)定劑液體的紫外線吸收率就可得到紫外線穩(wěn)定劑的紫外線吸收率。
在K.L.Baumaun等人的2002/0012155號專利申請以及H.Berneth的6,344,918號美國專利中對含有氧化還原活性染料的化合物進行了說明，其中氧化還原活性染料與能量受體(即紫外線穩(wěn)定劑)形成橋連結構，這樣可使同一分子即能夠吸收紫外線，又能夠作為氧化還原染料。2002/0012155號專利申請于2002年1月31日公布，其標題為“具有更佳紫外線穩(wěn)定性的電變色材料及含有這種材料的裝置”；6,344,918號美國專利于2002年2月5日被授予其申請人，其標題為“電變色對照板”，這兩項專利在此通過引證被并入本文。就本發(fā)明的目的而言，這種類型的化合物在本文中通常被稱為“雙功能氧化還原染料”。
使用這些雙功能氧化還原染料(含有指定范圍內的紫外線穩(wěn)定劑)的優(yōu)勢在于整個裝置的紫外穩(wěn)定性的得到了加強。
6,362,914號美國專利對其他由紫外線穩(wěn)定劑線與染料結合而生成的雙功能氧化還原染料進行了說明，該美國專利于2002年3月26日被授予K.Baumann等人，其標題為“具有更佳紫外線穩(wěn)定性的電變色材料以及含有這些材料的裝置”，該專利在此通過引證被并入本文。6,362,914號美國專利對某種陰極化合物進行了說明，這種陰極化合物是通過使電變色染料與紫外線穩(wěn)定劑的結合而制備出來的，這種陰極化合物在6,326,914號美國專利中被稱為“能量接受點”。一般而言，紫外線穩(wěn)定劑含有苯甲酮或苯并三唑，紫外線穩(wěn)定劑可通過共價方式與陽極染料或陰極染料相結合。這種化合物中的紫外線穩(wěn)定劑能夠吸收紫外線，并防止化合物中的另一半染料受到損害。6,326,914號美國專利中具體說明的這樣一種化合物是1-甲基-1-[1-苯并三唑-2-羥基-3-叔丁基-5-丙酸丙酯-[苯]]-4，4-雙吡啶雙(四氟硼酸鹽)。對于本發(fā)明的離子液體電變色裝置而言，所使用的是一種不同的化合物。在本發(fā)明所用的這種化合物中，至少一個四氟硼酸根，并且最好是兩個四氟硼酸根陰離子被三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺?；?亞胺陰子((CF3SO2)3C-)所取代，最佳的情況是被雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)所取代。舉例而言，含有雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子的這種化合物可通過相應的四氟硼酸根陰離子化合物與雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子進行離子交換而得到。另外一種情況是，這種化合物可通過對含有雙(三氟甲基磺酰基)亞胺陰離子的離子液體中的陽極物質進行電化學氧化反應而得到，或通過對同一離子液體中的陰極物質(即電變色物質)進行電化學還原反應和再氧化反應而得到。
本發(fā)明所用雙功能氧化還原染料中的具體陰極物質包括由下列結構式所定義的物質
其中R5選自于含有1～20個碳原子的烷基、含有2-20個碳原子的炔基和含有5～10碳原子的芳基?？梢赃x擇的是，R5可含有一個或多個酯基團、羧酸基團、金屬羧酸鹽基團、?；鶊F、芳基基團、胺基團、氨基甲酸乙酯基團、銨基團、硫酯基團、烯烴官能團以及炔烴官能團。另外，R5還可作為與能量受體相連的橋連結構。R6選自于氫、含有1-10個碳原子的烷基、含有2-10個碳原子的炔基以及含有5-20碳原子的芳基?？梢赃x擇的是，R6可含有一個或多個酯基基團、羧酸基團、金屬羧酸鹽基團、?；鶊F、芳基基團、胺基團、氨基甲酸乙酯基團、銨基團、硫酯基團、烯烴官能團以及炔烴官能團。另外，R6還可作為與能量受體相連的橋連結構。R7可選自于含有1-5個碳原子的烷基、乙基、丙基或乙烯基橋連基團，其中n＝0-4、m＝0-2。陰離子A-為三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺酰基)亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。陰離子B-為鹵族陰離子、高氯酸根陰離子(ClO4-)、四氟硼酸根陰離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、六氟砷酸根陰離子(AsF6-)、六氟銻酸根陰離子(SbF6-)、乙酸根陰離子(CH3COO-)、甲基苯基磺酸根陰離子(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。能量受體包括具有下列結構式的物質 其中R7選自于含有1～20個碳原子的烷基、含有2-20個碳原子的炔基和含有5～10碳原子的芳基?？梢赃x擇的是，R7可含有一個或多個酯基團、羧酸基團、金屬羧酸鹽基團、酰基團、芳基基團、胺基團、氨基甲酸乙酯基團、銨基團、硫酯基團、烯烴官能團以及炔烴官能團。另外，R7還可作為與能量受體相連的橋連結構。在這些結構式中，n＝0-4、k＝0-5。當與能量受體形成適當?shù)臉蜻B結構時，上述陰極物質便形成了雙功能氧化還原染料，所有這些化合物都是本發(fā)明中具體的雙功能氧化還原染料實例。
本發(fā)明所用雙功能氧化還原染料中的具體陽極物質包括由下列結構式所定義的物質 其中X和Y分別地選自于NH、NR8、S、O。R8分別地選自于含有1～20個碳原子的烷基、含有2-20個碳原子的炔基和含有5～10碳原子的芳基。可以選擇的是，R8可含有一個或多個酯基團、羧酸基團、金屬羧酸鹽基團、?；鶊F、芳基基團、胺基團、氨基甲酸乙酯基團、銨基團、硫酯基團、烯烴官能團以及炔烴官能團，另外，R8還可作為與能量受體相連的橋連結構。R9分別地選自于含有1～20個碳原子的烷基、含有2-20個碳原子的炔基和含有5～10碳原子的芳基?？梢赃x擇的是，R9可含有一個或多個酯基團、羧酸基團、金屬羧酸鹽基團、?；鶊F、芳基基團、胺基團、氨基甲酸乙酯基團、銨基團、硫酯基團、烯烴官能團以及炔烴官能團，另外，R9還可作為與能量受體相連的橋連結構。這些結構式中，n＝0-4、k＝0-2。能量受體是具有下列結構式 或具有下列結構式 的物質；其中R7選自于含有1-20個碳原子的烷基、含有2-20個碳原子的炔基和含有5-10碳原子的芳基。可以選擇的是，R7可含有一個或多個酯基團、羧酸基團、金屬羧酸鹽基團、?；鶊F、芳基基團、胺基團、氨基甲酸乙酯基團、銨基團、硫酯基團、烯烴官能團以及炔烴官能團。另外，R7還可作為與能量受體相連的橋連結構。在這些結構式中，n＝0-4、k＝0-5。這些在同一分子中既有陽極染料又含有能量受體的化合物也是本發(fā)明中雙功能氧化還原染料的具體實例，當這些染料在離子液體溶劑中被氧化時，便形成了游離的陽離子，其中陽離子的電荷與離子液體溶劑中陰離子的電荷是相平衡的。
本發(fā)明的一個重要方面是，本發(fā)明中的雙功能氧化還原染料在處于氧化狀態(tài)、還原狀態(tài)以及任何中間狀態(tài)時都可溶解于本發(fā)明的優(yōu)選離子液體溶劑。當對電變色裝置施加電壓后，這些染料在裝置被還原和/或被氧化。這一氧化過程或還原過程是可逆的。此外，一種或多種氧化或還原物質在與其前面的狀態(tài)(在施加電壓之前)相比時可能具有不同的顏色。應該理解的是，這些氧化或還原物質也還是氧化還原染料。在陰極被還原的染料是陰極染料，在陽極被氧化的染料是陽極染料。在圖1所示的本發(fā)明裝置中，可能存在幾種染料，但電解液中至少含有一種陰極染料和一種陽極染料。在單獨一個分子中，雙功能氧化還原染料既可以含有陽極物質也可以含有陰極的物質，這種類型的染料可在兩個電極處發(fā)生氧化和還原反應。
在優(yōu)選情況下，本發(fā)明中的雙功能氧化還原染料包括電變色物質，這種電變色物質是陰極物質。優(yōu)選的電變色物質是N，N’-二乙基電變色劑、N，N’-二甲基電變色劑以及N，N’-二苯基電變色劑，這些電變色劑與含氟的陰離子有關，例如與四氟硼酸根陰離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、六氟砷酸根陰離子(AsF6-)、六氟銻酸根陰離子(SbF6-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)有關。優(yōu)選的陰離子為三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。在優(yōu)選情況下，本發(fā)明中雙功能氧化還原染料的陽極物質包括金屬茂(尤其是二茂鐵)、吩嗪、吩噻嗪、富瓦烯、1，4取代或1，2取代的間苯二胺以及這些物質的衍生物及組合物。某些優(yōu)選的吩嗪類物質是5，10-二甲基吩嗪、5，10-二羥基-5，10二乙基吩嗪、5，10-二羥基-5，10-二辛基吩嗪或任何其他的5，10-二羥基-5，10-二烷基吩嗪。優(yōu)選的間苯二胺類物質是N，N，N’，N’-四甲基間苯二胺和N，N，N’，N’-四甲基聯(lián)苯胺。優(yōu)選的富瓦烯是四硫富瓦烯。在關本發(fā)明所用的二茂鐵衍生物質，請見6,317,248號美國專利以及J.R.Lomprey的WO 01/63350號PCT申請；其中6,317,248號美國專利于2001年11月13日被授予A.Agrawal，該專利的標題為“電化學動力單元所用的匯流條”，WO 01/63350號專利申請的標題為“用作為陽極電變色材料的取代金屬茂以及含有這些種質的電變色介質和裝置”，這二項專利文獻在此通過引證被并入本文。本發(fā)明中的優(yōu)選二茂鐵類物質包括與一個或兩個環(huán)戊二烯基相連的給電子基團，比如叔丁基二茂鐵以及十甲基二茂鐵。某些陽極染料可被氟化，從而增強這些陽極染料在特定離子溶劑中的溶解度。一般而言，染料(陰極染料和陽極染料)的濃度小0.1摩爾，優(yōu)選的情況是小于0.05摩爾。
雙功能氧化還原染料中的至少一種陽極物質或陰極物質在還原或氧化狀態(tài)下經過吸收可見波長范圍的電磁輻射后必須是可通過加電方式改變顏色的。由于染料成分可以返回到非活化形式，所以對可見電磁輻射的吸收也是可逆的，這意味著染料成分或變化回其先前的狀態(tài)或還原到其先前的狀態(tài)。
兩種或多種不同的染料化合物被用于電變色裝置中，從而控制這種裝置的特性，比如控制裝置的顏色、動力學特性等(見2000年10月31日被授予H.J.Byker等人的6,141,137號美國專利，該專利的標題為“產生預定顏色的電變色介質”，該專利在此通過引證被并入本文)。4,902,108號美國專利對選擇染料時應考慮的電化學性質進行了說明。在同一分子中含有陽極物質和陰極物質的雙功能氧化還原染料最近被報道過。6,519,072號美國專利、6,241,916號美國專利以及WO 01/163350號專利申請列出了這類化合物的具體實例，其中6,372,159號美國于2002年4月16日被授予H.Berneth等人，該專利的標題為“不受紫外線影響的電變色溶液”；6,519,072號美國專利于2003年2月11日被授予Nishikitani等人，該專利的標題為“電變色裝置”；6,241,916號美國專利于2001年6月5日被授予U.Classen等人，該專利的標題為“電變色系統(tǒng)”，WO 01/163350號專利被授予Lomprey等人，以上這些專利文獻在此通過引證被并入本文。6,519,072號專利和6,241,916號專利對某些染料進行了說明，在這些染料中陽極染料和陰極染料并不是獨立的分子，這些陽極染料和陰極染料在同一分子中相互連接，形成了同一分子中的陽極染料部分和陰極染料部分。這樣，當從原始狀態(tài)(即沒有施加電化學勢位時)開始測量時，一個分子的循環(huán)伏安圖至少有一個從這一化合物衍生出來的還原峰和至少一個氧化峰。在可見光的至少一個波長下，還原過程或氧化過程伴隨著摩爾消光系數(shù)的增加，優(yōu)選的情況是，在還原過程和氧化過程中都伴隨有摩爾消光系數(shù)的增加。
本發(fā)明中的雙功能氧化還原染料含有陰極物質和陽極物質，陰極物質通過共價方式與陽極物質形成橋連結構。這些化合物具有良好的紫外線穩(wěn)定性。這樣一種對紫外線具有穩(wěn)定性的具體染料可通過二茂鐵與電變色劑形成適當?shù)倪B接或橋連而制成，這種物質為使用常規(guī)非離子溶劑的電變色裝置提供了電解質中的陽極和陰極氧化還原染料。
帶有陽極和陰極部分的雙功能氧化還原染料可以與能量受體部分形成橋連結構，從而增強紫外線穩(wěn)定性。當與本發(fā)明的離子液體溶劑共同使用時，這些種類的染料可供電光裝置之用，這些電光裝置無論是在著色狀態(tài)還是在消色狀態(tài)下最適用于戶外環(huán)境中。2003年2月13日公布的P.Giri等人的2003/0030883號美國專利申請出版物中對常規(guī)非離子溶劑所用紫外線穩(wěn)定劑的某些改進進行了說明，該專利申請的標題為“具有溶解力的紫外線穩(wěn)定材料”。
本發(fā)明包括帶有陽極部分和陰極部分的雙功能化合物，其中一個或多個部分在原始狀態(tài)、氧化狀態(tài)或還原狀態(tài)下是陽離子部分，這些陽離子部分是通過三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)而實現(xiàn)電荷平衡的，在優(yōu)選情況下，這些陽離子部分是通過雙(三氟甲基碘酰基)亞胺((CF3SO2)2N-)實現(xiàn)電荷平衡的。這些化合物可以通過陰離子交換而合成，例如通過6,519,072(見上文)號美國專利所述的鹽類物質與溶于水的雙(三氟甲基磺?；?亞胺鋰(Li(CF3SO2)2N)發(fā)生反應而得到。另外一種情況是，某些陽離子電荷與雙(三氟甲基磺酰基)亞胺陰離子達成平衡的化合物可通過離子液體溶劑中陽極物質(即二茂鐵)的電化學氧化過程而合成，其中離子液體溶劑含有雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子。這些陽離子電荷與雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子達成平衡的化合物還可以通過離子液體溶劑中陰極物質(如電變劑)的電化學還原反應及再氧化過程而合成，其中離子液體溶劑含有雙(三氟甲基磺酰基)亞胺陰離子。本發(fā)明還包括這些化合物在電光裝置中的應用。
在優(yōu)選情況下，本發(fā)明中雙功能氧化還原染料的陰極物質包括電變色劑(具有雙吡啶陽離子對結構)或蒽醌，而陽極物質具有吡唑啉、金屬茂、苯二胺、聯(lián)苯胺、吩嗪、吩噁嗪、吩噻嗪或四硫富瓦烯結構，或者是能夠在離子液體溶劑中被氧化的金屬鹽。
在同一分子中存在有陽極物質部分和陰極物質部分的電變色化合物含有至少一種與離子液體溶劑中陰離子相同的陰離子，在優(yōu)選情況下，電變色化合物是帶有雙吡啶陽離子對結構的電變色劑，這種結構表現(xiàn)出陰極電變色特性，其結構式為 金屬茂的結構為 和 金屬茂表現(xiàn)出了陽極電變色特性。在這些化合物中，A-選自于三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺酰基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。陰離子B-為鹵族陰離子、高氯酸根陰離子(ClO4-)、四氟硼酸根陰離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、六氟砷酸根陰離子(AsF6-)、六氟銻酸根陰離子(SbF6-)、乙酸根陰離子(CH3COO-)、甲基苯基磺酸根陰離子(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺酰基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。R10和R11分別是烴基基團，這些烴基基團選自帶有1～10個碳原子的烷基基團、鏈烯基基團及芳基基團。當R10或R11是芳基基團時，這些芳基基團可與環(huán)戊二烯基環(huán)形成稠環(huán)。m＝0-4，n＝0-4，Me代表鉻、鈷、鐵、錳、鎳、鋨、釕、釩、鉬(X)(Q)、鈮(X)(Q)、釩(X)(Q)或鋯(X)(Q)，其中X和Q選自于氫、鹵素、帶有1～12碳原子的烷基基團、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷酸根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸基(CH3COO-)、甲基苯基磺酸根陰離子(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺酰基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。具體的烷基基團為甲基、乙基、異丙基、正丙基、正丁基、叔丁基、正戊基、正己基以及環(huán)己基。芳基基團為苯基基團。優(yōu)選的烷基基團為甲基、乙基和丙基基團。當R10或R11為芳基基團時，該芳基基團可通過與環(huán)戊二烯基環(huán)相結合的方式形成稠環(huán)結構，R10或R11可以是將金屬茂結構中兩個環(huán)戊二烯基環(huán)交聯(lián)在一起的基團。在優(yōu)選情況下，m和n為0或1，最好為0。優(yōu)選的Me為鐵。
在優(yōu)選情況下，在同一分子中存在有陽極物質部分和陰極物質部分并含有至少一種離子的電變色化合物為金屬茂-雙吡啶衍生物，其結構式為 其中A-選自三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。陰離子B-為鹵族陰離子、高氯酸根陰離子(ClO4-)、四氟硼酸根陰離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、六氟砷酸根陰離子(AsF6-)、六氟銻酸根陰離子(SbF6-)、乙酸根陰離子(CH3COO-)、甲基苯基磺酸根陰離子(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺酰基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。R10和R11分別是分別的烴基基團，這些烴基基團選自帶有1～10個碳原子的烷基基團、鏈烯基基團及芳基基團。當R10或R11是芳基基團時，這些芳基基團可與環(huán)戊二烯基環(huán)形成稠環(huán)結構，同樣，m＝0-4，n＝0-4。R12和R13分別為烴類殘基，該烴類殘基帶有1～20個碳原子，優(yōu)選的情況是帶有1～10個碳原子。R14選自烷基、環(huán)烷基、烯基、芳基、帶有1～20個碳原子且在優(yōu)選情況下帶有1～10個碳原子的芳烷基、帶有4～20個碳原子且在優(yōu)選情況下帶有4～10個碳原子的雜環(huán)基團以及由取代基取代烯基基團或雜環(huán)基團中的氫所得到的烴基基團或雜環(huán)基團。Me代表鉻、鈷、鐵、錳、鎳、鋨、釕、釩、鉬(X)(Q)、鈮(X)(Q)、釩(X)(Q)或鋯(X)(Q)，其中X和Q選自于氫、鹵素、帶有1～12碳原子的烷基基團、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷酸根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸基(CH3COO-)、甲基苯基磺酸根陰離子(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。具體的烴類殘基R12和R13是諸如亞烷基基團以及在烴基基團中帶有酯鍵單元、醚鍵單元、酰胺鍵單元、硫酯鍵單元、胺鍵單元、氨基甲酸乙酯鍵單元或甲硅烷基的各種二價基團這樣的烴基基團。帶有酯鍵單元的二價基團具體由分子式為-R-COO-R-或-R-OCO-R-的基團所代表，其中R是帶有1～8個碳原子的亞烷基基團。具體的酯鍵單元是-C4H8-COO-C2H4、-C4H8-OCO-C2H4-、-C4H8-COO-C4H8-以及-C4H8-OCO-C4H8-。帶有醚鍵單元的二價基團具體可由分子式為-R-O-R-的基團所代表，其中R是帶有1～10個碳原子的亞烷基基團。具體的醚鍵單元是-C4H8-O-C2H4和-C4H8-O-C4H8-。帶有酰胺鍵單元的二價基團具體由分子式為-R-CONH-R-或-R-NHCO-K-的基團所代表，其中R是帶有1～8碳原子的亞烷基基團。具體的酰胺鍵單元是-C4H8-CONH-C2H4、-C4H8-NHCO-C2H4、-C4H8-CONH-C4H8-以及-C4H8-NHCO-C4H8-。帶有硫酯鍵單元的二價基團具體由分子式為-R-S-R-的基團所代表，其中R是帶有1～10個碳原子的亞烷基基團。具體的硫酯鍵單元是-C4H8-S-C2H4和-C4H8-S-C4H8-。帶有胺鍵單元的二價基團具體由分子式為-R-NH-R-的基團所代表，其中R是帶有1～10個碳原子亞烷基基團，帶有胺鍵單元的二價基團還可由分子式為-R-NH-Ph的基團代表，其中R是帶有1～10個碳原子的亞烷基基團，Ph是帶有1～12個碳原子的亞芳基基團或經過取代的亞芳基基團。具體的胺鍵單元是-C4H8-NH-C2H4以及-C4H8-NH-C4H8-。帶有氨基甲酸乙酯鍵單元的二價基團具體由分子式為-R-OCONH-R或-R-NHCOO-R-的基團所代表，其中R是帶有1～8個碳原子的亞烷基基團。具體的氨基甲酸乙酯鍵單元是-C4H8-OCONH-C2H4、-C4H8-NHCOO-C2H4-、-C4H8-OCONH-C4H8-以及-C4H8-NHCOO-C4H8-。帶有甲硅烷基的二價基團具體由分子式為R-Si(R’)2-R-的基團所代表，其中R是帶有1～8個碳原子的亞烷基基團，R’是甲基或乙基。具體的甲硅烷基為-C4H8-Si(CH3)2-C2H4-、-C4H8-Si(CH3)2-C4H8-、-C4H8-Si(C2H5)2-C2H4-以及-C4H8-Si(C2Hs)2-C4H8-。具體的烷基基團R14為甲基、乙基、異丙基、正丙基、正丁基、叔丁基、正戊基、正己基以及正庚基基團。具體的環(huán)烷基基團是環(huán)己基基團。具體的芳基基團是苯基、甲苯基、二甲苯基以及萘基。具體的亞烷基為乙烯基和烯丙基基團。具體的芳烷基基團為苯甲基和苯丙基基團。具體的雜環(huán)芳香基團為2-吡啶基、4-吡啶基、2-嘧啶基以及異喹啉基基團。
當R14為經過取代的烴殘基基團或雜環(huán)基團時，具體的取代基是烷氧基、烷氧羰基、帶有1～10個碳原子且在優(yōu)選情況下為帶有1～5個碳原子的?；鶊F、鹵素、氰基、羥基、硝基以及氨基基團。具體的烷氧基基團是甲氧基基團和乙氧基基團。烷氧羥基基團具體由甲氧羰基代表。?；鶊F具體由乙?；鶊F代表。具體的鹵素基團為氯和氟。具體的經過取代的烴類殘基基團是甲氧苯基基團、氯苯基、氟苯基基團、甲氧氯苯基基團、氰苯基基團、乙酰苯基基團、甲氧羰基苯基基團以及甲氧萘基基團。
本發(fā)明中的這些金屬茂-雙吡啶雙功能氧化還原染料可通過首先合成這種雙功能氧化還原染料的母體，然后再對部分或所有陰離子進行交換而合成；例如通過將母體懸浮于水中或溶解于水中，并使母體與過量的雙(三氟甲基磺?；?亞胺鋰相結合而合成這些雙功能氧化還原染料。6,519,072號美國專利對雙功能氧化還原染料的母體進行了說明。然后對沉淀物進行收集，進行再結晶處理，從而得到精制的金屬茂-雙吡啶雙(三氟甲基磺?；?亞胺。
U.Claussen等人的6,241,916號美國專利對帶有共價橋連結構的雙功能氧化還原染料進行了說明，其中的橋連結構將陽極物質部分和陰極物質部分隔離開來。許多這樣的雙功能氧化還原染料含有諸如四氫硼酸根、高氯酸根、甲基磺酸根、四氟甲基磺酸根、全氟化丁基磺酸根、苯磺酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、六氟硅酸根(SiF62-)、全氟化主族化合物、磺酸根以及高氯酸根這樣的陰離子，但沒有一種雙功能氧化還原染料含有氨磺?；蛉被酋?。相比之下，本發(fā)明中的雙功能氧化還原染料包括至少一種選自以下陰離子中的離子雙(三氟甲基磺酰基)亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。在優(yōu)選情況下，所有的陰離子為雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。更理想的情況是，所有的陰離子為雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)3N-)陰離子。本發(fā)明還包括與這些陰離子在一起的游離陽離子。
本發(fā)明中的電變色系統(tǒng)還包括具有陽離子1-陰離子1或具有陽離子1-橋連結構1-陰離子1或具有陽離子1-橋連結構1-陰離子1-橋連結構2-陽離子2或具有陰離子2-橋連結構2-陽離子1-橋連結構1-陰離子1這些結構的雙功能氧化還原染料，其中陽離子1和陽離子2分別代表陰極物質部分，陰離子1和陰離子2分別代表陽極物質部分。橋連結構1和橋連結構2分別地代表橋連單元。這些雙功能氧化還原染料包括至少一種選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)的陰離子。在優(yōu)選情況下，所有的陰離子為雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。更理想的情況是，所有的陰離子為雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)3N-)陰離子。本發(fā)明還包括含有這些陰離子的這些雙功能氧化還原染料中的游離陽離子。在優(yōu)選情況下，陽離子1和陽離子2分別是具有以下結構式
的物質；其中R17和R18分別代表含有1～18碳原子的烷基、含有2～12個碳原子的亞烷基、含有3～7個碳原子的環(huán)烷基、含有7～15個碳原子的芳烷基或有6～10個碳原子的芳基基團，或者R17與R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-或-CH＝CH-這些橋連結構，R19、R20以及R22～R25分別代表氫、含有1～18個碳原子的烷基、含有1～18個碳原子的烷氧基、齒素、氰基、硝基或含有1～18個碳原子的烷氧羰基基團，或者R22與R23和/或R24與R25形成-CH＝CH-CH＝CH-這種橋連結構。R26、R27、R28和R29分別代表氫，或兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-或-CH＝CH-橋連結構。E3和E4分別代表O、N-CN、C(CN)2或N-[帶有6～10個碳原子的芳基]。R34和R35分別代表氫、含1～18個碳原子的烷基、含1～18個碳原子的烷氧基、齒素、氰基、硝基、含1～18個碳原子的烷氧羰基或含6～10個碳原子的芳基。R30～R33分別代表氫、含1～6個碳原子的烷基，或者R30與R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構。E1和E2分別代表O、S、N(R36)2，或者E1與E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構，其中R36代表含1～18個碳原子的烷基、含2～12個碳原子的亞烷基、含4～7個碳原子的環(huán)烷基、含7～15個碳原子的芳烷基或含6～10個碳原子的芳基。Z1表示直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N-CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-。Z2表示-(CH2)r-或-CH2-C6H4-CH2-，其中r＝1～10。C-選自雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺酰基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)，D-選自鹵族陰離子、高氯酸根陰離子(ClO4-)、四氟硼酸根陰離子(BF4-)、六氟磷酸根陰離子(PF6-)、六氟砷酸根陰離子(AsF6-)、六氟銻酸根陰離子(SbF6-)、乙酸根陰離子(CH3COO-)、甲基苯基磺酸根陰離子(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)或三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)，其中與橋連單元1和橋連單元2形成的結合鍵是通過游離基R17～R36中的一個游離基和代表直接鍵的游離基而實現(xiàn)的。
陰離子1和陰離子2分別代表下列結構式中的一個

或者陰離子1或陰離子2分別代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)、鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、錫(II)、銻(III)、鉍(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽。R37～R43分別代表含有1～18個碳原子的烷基、含2～12個碳原子的亞烷基、含有3～7個碳原子的環(huán)烷基、含有7～15個碳原子的芳烷基或含有6～10個碳原子的芳基，R41～R43還可以代表氫，R44～R50分別代表氫、含有1～18個碳原子的烷基、含有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基、含有1～18個碳原子的烷氧羰基或含有6～10個碳原子的芳基，可以選擇的是，R48～R49還可以代表苯并稠合芳香族五員或六員雜環(huán)，或者代表苯并稠合似芳香族五員或六員雜環(huán)，R50還可代表N(R51)(R52)。R44與R45和/或R46與R47形成-(CH2)3-、-(CH2)4-、-(CH2)5-、或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構。Z3表示直接鍵或-CH＝CH-或-N＝N-橋連結構，＝Z4＝表示直接雙鍵或＝CH-CH＝或＝N-N＝橋連結構。E3、E4、E10和E11分別代表O、S、NR51、C(R51)2、C＝O或SO2。E5～E8分別代表S、Se或NR51；其中R51和R52分別代表含有1～12個碳原子的烷基、含有2～8個碳原子的亞烷基、含有3～7個碳原子的烷基、含有7～15碳原子的芳烷基或含有6～10個碳原子的芳基。R53～R60分別代表氫、含有1～6個碳原子的烷基、含有1～4個碳原子的烷氧基、氰基、含有1～4個碳原子的烷氧羰基或含有6～10個碳原子的芳基，或者R53、R54、R59和R60形成-(CH2)3-、-(CH2)4-、或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，V＝0～10，與橋連單元1和橋連單元2形成的結合鍵是通過自由基R37～R54、R59或R60以及前面提到的代表直接鍵的自由基而實現(xiàn)的。橋連單元1或橋連單元2分別代表分子式為-(CH2)n-或-(Y1)S-(CH2)m-(Y2)0-(CH2)P-(Y3)Q-的橋連單元，可以選擇的是，這兩個橋連單元可以被含有1～4個碳原子的烷氧基、鹵素或苯基所取代。Y1～Y3分別代表O、S、NR61、COO、CONH、NHCONH、環(huán)戊二烯基、環(huán)己二烯基、亞苯基、亞萘基或β-二羰基。R61代表含有1～6個碳原子的烷基、含有2～6個碳原子的亞烷基、含有4～7個碳原子的環(huán)烷基、含有7～15個碳原子的芳烷基或含有6～10個碳原子的芳基，其中n＝0～12、m＝0～8、p＝0～12、o＝0～6、q＝0～1、s＝0～1。
還應理解的是，本發(fā)明還包括前面所述陰極化合物的游離陰離子，該游離陰離子是在電化學還原過程中就地產生的，為了達到電荷平衡，本發(fā)明有必要包括離子液體溶劑中的銨陽離子。
本發(fā)明中的電變色化合物還包括帶有氧化還原活性陰極部分和氧化還原活性金屬物質的雙功能氧化還原染料，其中氧化還原陰極部分使染料具有色彩特性，氧化還原活性金屬物質比如是鈦(III)、鈦(IV)、釩(III)、釩(IV)、釩(V)、鐵(II)、鐵(III)、鈷(II)、鈷(III)、銅(I)、銅(II)、銀(I)、銀(II)、銦(I)、銦(III)、錫(II)、錫(V)、銻(III)、銻(V)、鉍(III)、鉍(V)、鈰(III)、鈰(IV)、釤(II)、釤(III)、鏑(II)、鏑(III)、鐿(II)、鐿(III)、銪(II)、銪(III)。這種材料的具體實例含有雙吡啶陽離子對以及銪，這一具體材料在實施例12中進行制備(見下文)本發(fā)明中的電變色裝置可通過離子液體溶劑、氧化還原活性陰極染料(例如電變色劑)以及氧化還原活性金屬組成的電解質溶液加以制造，其中染料和金屬以金屬-芳烴絡合物的形式形成雙功能染料(M.Niemeyer在《歐洲無機化學》雜志(2001年，1969-1981頁)上發(fā)表的“西格馬供體/η6-芳烴在硫醇銪和硫醇鐿中的相互作用實驗及計算研究”一文對金屬-芳烴絡合物有所說明)。
本發(fā)明中以金屬-芳烴形式存在的雙功能氧化還原染料具有的分子式為[陽離子1][M]其中M是含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)、鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、錫(II)、銻(III)、鉍(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽。具體的這種雙功能染料在范例11中進行制備(見下文)。
本發(fā)明所用的另一類氧化還原染料是電荷轉移化合物。電荷轉移化合物有時也被稱為電荷轉移絡合物。電荷轉移化合物包括至少一種富電子芳香化合物以及至少一種貧電子芳香化合物，富電子化合物和貧電子化合物在離子液體溶劑中相結合，從而形成電荷轉移化合物。電荷轉移化合物的紫外可見光譜并不是富電子化物的光譜與貧離子化合物的光譜的簡單線性加合(見圖13)，電荷轉移化合物具有其他的特性，比如具有更強的溶解性。5，10-二氫5，10-二甲基吩嗪(一種白色化合物)與二乙基電變色劑雙[雙(三氟甲基磺酰基)亞胺](另一種白色化合物)按1∶1比例結合而生成的電子移化合物的綠色光譜所包括的吸收范圍既不與5，10-二氫-5，10-二甲基吩嗪的吸收光譜相同，也不與N，N’-二乙基電變劑雙[雙(三氟甲基磺?；?亞胺]的吸收光譜相同。
本發(fā)明還包括使用電子轉移化合物作為電解質溶液以及使用溶解于離子液體電解質溶液的電光裝置。本發(fā)明還包括含有陰離子的電荷轉移化合物，電荷轉移化合物含有的陰離子為氧化還原惰性無色陰離子，其中至少一種陰離子選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)的陰離子。在優(yōu)選情況下，至少一種陰離子為雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)。更理想的情況是，所有的陰離子是相同的，并選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)3N-)陰離子、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺酰基)甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。最理想的情況是陰離子只為雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)。
另外幾種添加劑被用來改變本發(fā)明中電解質溶液的特性。其中一種添加劑為粘度改性劑。粘度改性劑是諸如火成二氧化硅和微細氧化鋁這樣的可溶性聚合物或填料。添加劑還包括助溶劑，比如包括其他的離子液體或非離子液體。一些添加劑被用來改變電解質溶液的物理性質，比如改變電解質溶液的熔點。添加劑還可通過改變染料的粘性阻力而改變電解質的電子特性(響應速度、電流/時間特性)，并因此改變使用這種電解質的電光裝置的特性。5,140,455號美國專利對一些添加劑進行了說明，這些添加劑可降低電流的泄漏或減少逆反應。雖然離子液體本身具有導電性，但在離子液體中也可以加入諸如固體鹽類物質這樣的其他離子物質，從而降低離子液體的凝固點、改變離子的導電性或使離子液體具有其他的特性(如形成插層所用的離子等)，這一方面將在以后進行說明。此外，高濃度的離子物質可抑制消色反應。
傳統(tǒng)溶劑(比如非離子溶劑)與離子液體的混合物或者兩種或多種離子液體的混合物可使電解質溶液具有離子液體的高離子濃度特性以及傳統(tǒng)溶劑的低粘度特性?；旌闲腿軇┛煽刂普扯取⒏淖冸x子導電性、改變凝固點、改變電變色反應的動力學、改變溶解性(即改變添加成分的溶解性，比如改變染料和紫外線穩(wěn)定劑的溶解性)、提高可加工性或使電解質溶液具有其他特性。一般而言，在優(yōu)選情況下，傳統(tǒng)有機溶劑在電解質溶液中的體積至少在80％以下，更理想的情況是在30％以下，最佳的情況是在20％以下。表示離子濃度的另一種方式是摩爾含量，即每升溶液中含有的離子數(shù)。在優(yōu)選情況下，電解質溶液中所具有的離子物質濃度應大于1摩爾/升，更理想的濃度是大于2摩爾/升，最理想的濃度為大大于3摩爾/升。如果假設混合后體積不發(fā)生變化，將1-丁基-3-咪唑啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺和碳酸異丙烯酯按體積比為80％/20％的比例混合后，得到的混合物的離子濃度為2.7摩爾。如例8和例9所示(見下文)，離子液體-傳統(tǒng)溶劑混合系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，比如玻璃化轉變溫度更低、顏色一致性更好以及漏電量在可接受的范圍之內(裝置的漏電量是通過對裝置施加一個穩(wěn)定的電壓，并使裝置保持在一個固定的透光或反射狀態(tài)，然后再測定裝置處于穩(wěn)態(tài)時的電流而得到的)。
最理想的非離子助溶劑為碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜以及γ-丁內酯。D.Varaprasad等人的6,245,262號美國專利中的非離子溶劑被稱為增塑劑，這些非離子溶劑包括三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙腈、苯丙酮、3-羥基丙腈、甲氧基丙腈、3-乙氧基丙腈、碳酸丁烯酯、碳酸甘油酯、2-乙?；弱?、氰乙基蔗糖、γ-丁內酯、2-甲基戊二腈、N，N’-二甲基甲酰胺、3-甲環(huán)丁砜、甲乙酮、環(huán)戊酮、環(huán)己酮、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、苯乙酮、戊二腈、3，31-氧化二丙腈、2-甲氧基乙基醚、三甘醇二甲基醚或這些物質的組合。
圖1所示的自消光電變色裝置具有極好的顏色均勻度。這種結構的裝置含有至少一種具有電化學活性的物質，這種具有電化學性的物質有時被稱為氧化還原活性材料或氧化還原染料，這種氧化還原染料可發(fā)生氧化還原反應，反應過程伴隨有顏色的變化。圖1所示的裝置也被稱為單隔室裝置，因為所有的電化學反應只發(fā)生在由兩個導體中所含的電解質層與墊片圍成的一個隔室內。自消光是指電變色過程的自動恢復，電變色過程在裝置失去啟動電力后，經歷時間很短(一般而言，電變色過程只經歷幾秒鐘或幾分鐘，但電變色過程的時間可根據(jù)電解質的組成而變得更長)。然后電變色裝置恢復到未加電時的顏色狀態(tài)。在未通電的情況下，裝置的光學性質復原過程是十分迅速的，例如這一復原過程用時少于5分鐘，優(yōu)選的情況是少于30秒鐘。對于電變色消光鏡而言，這些時間是指消色以及著色程度達到50％的時間。所需的著色及消色時間取決于電變色裝置的使用。電變色窗戶可以有更長的著色時間，并且應該有更長的消色時間，這種性質有時被稱為斷路記憶，A.W.CzanClerna等人在《太陽能材料及太陽能電池》上發(fā)表的“建筑用電變色窗的耐用性問題及使用壽命預測”一文(56卷，1999年，419-436頁)對斷路記憶進行了說明，該文獻在此通過引證被并入本文。A.W.CzanClerna等人對建筑用電變色窗所應有的許多性質進行了說明。電光顯示器應該具有更快的動力學特性，比如計算機的顯示器應該具有更快的動力學性質，而偶爾更新的信號群可以具有較慢的動力學性質。自消色作用的發(fā)生是因為在通電狀態(tài)下裝置中有逆反應發(fā)生，逆反應是通過裝置處于穩(wěn)態(tài)下所具有的泄漏電流而沒定的，其中在穩(wěn)態(tài)下裝置的驅動電壓一定，著色程度一定。某些逆反應對于自消光而言是需要的，例如對汽車的反視鏡而言，逆反應是需要的。然而，某些較高的值會引起許多其他問題，比如會造成消色不勻的問題，這一點將在以下進行說明。電解質溶液中較高的離子濃度可增強正反應，即加強著色作用，而離子物質的濃度和電解質液體的粘度會減慢逆反應的速度，即減慢消色的速度。正反應快和逆反應慢可以使電壓在裝置中的分布更加均勻，并使本發(fā)明中電光裝置的著色高度均勻。本發(fā)明所具有的著色均勻性在幾個方面是十分有益的。第一，均勻的著色可使裝置面積更大，當通過導體向裝置加電后，裝置會呈現(xiàn)出均勻的顏色，其中的導體通常是位于裝置周邊上的匯流條。在典型的裝置中，當裝置的面積增大時，離子濃度比較低，靠近匯流條區(qū)域的顏色比中間部分的顏色深。本發(fā)明中電變色裝置所用離子液體導電性的第二個優(yōu)勢是整個裝置內的電壓分布更加均勻，這樣就減小了氧化還原染料在活化狀態(tài)下的電泳分離程度。相比這下，使用傳統(tǒng)非離子溶劑的電變色裝置在長時間通電時，比如在通電幾十分鐘或更長的時間后，氧化還原染料的電泳分離作用會使匯流條附近的區(qū)域形成著色帶。第三，逆反應和正反應并不會隨溫度而均勻地增加，因此在使用傳統(tǒng)非離子溶劑的電變色裝置中，正反應和逆反應的速率差可能會很大，這就會使在25℃具有均勻顏色的裝置在40℃時出現(xiàn)不均勻的顏色。此外，著色不均勻性會隨裝置尺寸的增大而增加，最嚴重的是這種著色不均勻性會隨匯流條與離匯流條最遠的電極之間的距離增加而增加。溫度的變化尤其會對汽車外部的反光鏡造成影響，汽車的外部反光鏡一般比車內的反光鏡大，在寒冷的天氣里汽車外部的反光鏡可能需要被加熱，從而除去霧汽，汽車外部的反光鏡在白天可能需要進行著色，從而降低太陽光的刺眼程度，并由此提高行車的安全性。隨著反光鏡尺寸和增加，著色不均勻性以及溫度變化所導致的著色不均勻性會變得更加明顯，與使用傳統(tǒng)非離子溶劑的電變色裝置相比，本發(fā)明中的電變色裝置這一方面的問題并不嚴重。
電變色裝置的電解質中離子物質的濃度是包括離子液體、鹽類物質、染料等所有鹽類物質濃度(即含有陰離子和陽離子)的總和。測定電變色裝置尺寸的另一種方法是測定圖10所示極性相對的兩個匯流條之間的距離。圖10所示的電變色裝置使用了兩個導電面朝內的基板54。兩個電極56和58所用的匯流條之間的距離為“W”。由于反光鏡的形狀的原因，這一距離可能不是以一定的；因此，所使用的距離是一個平均距離。同樣，通過測定周邊密封條之內的寬度可以測定電變色裝置的尺寸。然而，對于大多數(shù)實際裝置而言，因為密封條或匯流條的寬度在每一側只增加幾毫米，所以距離“W”不會出現(xiàn)重大的差別，汽車內部反光鏡的匯流條之間的距離“W”約在5～8厘米，汽車外部反光鏡的匯流條之間的距離約在7～20厘米之間。本發(fā)明中電變色裝置的電解質層厚度一般小于1毫米，更優(yōu)選的厚度為小于0.5毫米。對于汽車用電變色反光鏡而言，優(yōu)選的厚度小于0.25毫米，這樣可達到可接受的自消光速率。
只要裝置的著色均勻，并且自消色以可接受的速率進行，則無論多大的泄漏電流都是可以接受的。不同大小的反光鏡會有不同的泄漏電流。對于大小約為25厘米×6厘米的車內反光鏡而言，裝置工作區(qū)域的優(yōu)選泄漏電流應小于0.5毫安/平方厘米。
可聚合的材料，比如共反應單體、加成反應單體以及催化劑和引發(fā)劑等可加入到電解質中。單體在電解質加入到裝置后可就地聚合，或者固化成薄膜，然后分層。同樣，所加入的組分還取決于加工方法，比如取決于熱固化、紫外線固化或其他放射固化方法。由于單體添加劑在聚合后可能會變得不兼容，所以在選擇材料時一定要仔細小心。6,245,262號美國專利和5,940,201號美國專利對材料和加工過程的細節(jié)進行了說明。一般而言，優(yōu)選的材料基于環(huán)氧類化學物質、氨基甲酸乙酯類化學物質和丙烯酸類化學物質。為了使就地聚合具有低收縮性，添加劑的濃度通常低于溶劑的25％。
非電化學活性染料(具有所需的顏色)、表面活性劑以及其他改性劑可根據(jù)所需的裝置特性和加工性能而加入到電解質溶液中。這些方面在前面的參考文獻中有所論述。舉例而言，還可以在電解質溶液中加入近紅外線吸收劑(見D.Thieste等人的WO 99/45081號專利申請，該專利申請的標題為“吸收近紅外線的電變色化合物以及含有這種化合物的裝置”，該專利申請在此通過引證被并入本文)，從而在這些裝置用作窗戶時，這些裝置可以吸收更大范圍的太陽能。
本發(fā)明中的電變色裝置可含有其他物質層，這些物質層沉積在一個電極上。這些裝置的示意圖如圖2和圖3所示。圖2所示的裝置34與圖1所示的裝置10相似，不同之處在于裝置34帶有另外的電化學活性物質層36。電化學活性物質層36或者沉積在導電層16上或沉積在導電層18上(如果基板12或基板14本身是導體，則電化學活性物質層可沉積在基板12或基板14上)，或者電化學活性物質層同時沉積在這兩個導電層上；為了方便起見，圖中所示的電化學活性物質層沉積在第二導電層18上。制備電化學活性物質層所用的具體材料是氧化鎢、普魯士蘭、氧化鉬、氧化釩、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯以及這些物質的衍生物和混合物(4,671,619號美國專利和5,729,379號美國專利對使用這些物質層所制成的裝置進行了說明；其中4,671,619號美國專利于1987年6月9日被授予T.Kamimori等人，該專利的標題為“電光裝置”；5,729,379號美國專利于1998年3月17日被授予P.M.Allemand等人，該專利的標題為“電變色裝置”；這兩項專利在此通過引證被并入本文)。
導電層16和導電層18本身又可分成幾層。例如，氧化錫所構成的導電層可沉積在抗彩虹涂層的項端。電化學活性物質層可以是兩層不同材料形成的復合物。
在這種結構中，溶液30將包括離子液體和至少一種氧化還原活性化合物。舉例而言，如果使用氧化鎢作為陰極層，則電解質至少使用一種陽極材料(比如二茂鐵、吩噻嗪)。電解質還可含有鋰鹽、鈉鹽和鉀鹽等鹽類物質。在著色過程中，電解質所產生的離子(Li+、Na+、K+)以可逆方式注入到氧化鎢中。優(yōu)選的情況是，在使用這鹽類物質時，有關的陰離子與離子液體溶劑中的一種陰離子相似或相同。一種既具有染料氧化還原性質又可作用鋰離子源的材料是碘化鋰(見T.Kamimori等人的4,671,619號美國專利)。
具體的陽極電化學活性層36由聚苯胺構成，這種物質可以與本發(fā)明中電解質溶液中的電變色劑這樣的陰極染料共同使用。
還有許多其他的功能性涂層可以改變圖2所示裝置34的功能。一個具體的實例是圖3所示的裝置38；除了在電化學活性層36上涂有一層離子選擇傳遞膜40之外，裝置38與裝置34是相同的。這層離子選擇傳遞膜40可允許鋰離子穿過，但會阻止或減緩溶液30中較大離子的運動。離子選擇傳遞層40限制逆反應，并提高裝置的記憶性。這一點對于面積大的窗戶而言是一個有用的特性，因為這會使窗戶的著色更加均勻。6,178,034號美國專利對離子選擇傳遞層和裝置進行了說明，該專利于2001年1月31日被授予P.M.Allemand等人，其標題為“電變色裝置”，該專利在此通過引證被并入本文。
在某些電變色裝置中，可能有兩個如圖4所示的插入層。圖4表明的是裝置42，裝置42與裝置34相似，不同之處在于裝置42的導電層16和導電層18上有電化學活性物質層。圖4中的第一導電層16上覆蓋有電化學活性物質層44，第二導電層18上覆蓋有電化學活性物質層36。電化學活性物質層44或36中必須有一層是可以電變色的，另一層電化學活性物質(對電極)可以是電變色的，或者只存儲離子。如果電變色層含有氧化鎢或氧化鉬，則另一層電化學活性物質可包括聚苯胺、氧化鎳、氧化銥和氧化釩。存儲離子的具體非電變色層由鈰-鈦氧化物和釩-鈦氧化物構成。在裝置的組裝過程中。這些層中的一層通常是經過預還原或與鋰離子這樣的陽離子進行過插層反應。當離子從另一電極被發(fā)射出來并進入電變色層時，裝置的光學性質發(fā)生變化。對于陽極電變色層而言，釋放出電荷也可使其顏色發(fā)生變化。裝置42中的溶液30除含有離子液體溶劑外還可以含有紫外線穩(wěn)定劑。可以選擇的是，裝置42中的溶液30可含有鹽類物質，該鹽類物質的陽離子可從對電極運動到電變色層中，反之亦然。一個具體的實例是，如果鋰離子插入到電極中，則電解質中可加入鋰鹽。在電解質中甚至可加入質子源，只要質子源在電解介質中離解即可，質子源通常由酸類物質構成。此外，在優(yōu)選情況下，加入的鹽類物質中的陰離子應與離子液體中的陰離子相似。優(yōu)選的鋰鹽是三氟甲基磺酸鋰、雙(三氟甲基磺酸基)亞胺鋰、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺鋰以及三(三氟甲基磺?；?甲烷鋰。下列專利中給出了具體的電變色層、對電極及裝置部件6,266,177號美國專利、6,327,070號美國專利、6,172,794號美國專利，6,266,177號美國專利于2001年7月24日被授予P.M.Allemand，該專利的標題為“電變色裝置”，6,327,070號美國專利于2001年12月4日被授予H.W.Heuer等人，該專利的標題為“基于聚(3、4-亞乙二氧基噻吩)衍生物和鈮酸鋰對電極的電變色部件”；6,172,794號美國專利于2001年1月9日被授予M.S.Burdis，該專利的標題為“電變色裝置”。
其他使用電解質的色原裝置也可從本發(fā)明獲益。這些色原裝置被稱為用戶控制的光變色裝置和光電化學裝置(見6,246,505美國專利以及C.Bechinger等人在《自然》雜志上發(fā)表的“光電變色窗戶和顯示器”(383期，1996年，608-610頁)，6,246,505號美國專利于2001年6月12日被授予G.Teowee等人)。在這些裝置中，著色過程是由光線觸發(fā)的，并可由用戶控制。這些裝置在結構上可與圖4所示的裝置42相似。
本發(fā)明還包括通過真空填充法制備電光裝置的方法。許多種類的電光裝置可通過真空填充技術進行制造，這些電光裝置包括電變色裝置、電反光裝置以及電發(fā)光裝置，并包括鏡子、窗戶、濾光器、發(fā)光板以及顯示器。
使用真空填充技術可以方便地制造含有本發(fā)明中離子液體的電光裝置。由于離子液體的蒸汽壓可以忽略不計，所以在應用真空填充這項技術時不必擔心形成氣泡以及填充設備被離子液體溶劑所污染這些問題，但常規(guī)的非離子溶劑存在這些問題。此外，重要的一點是，即使在提高溫度的情況下(見實例14)，離子液體的蒸汽壓也極小，這就確保離子溶劑不會蒸發(fā)，從而不會導致溶解在溶劑中的溶質濃度發(fā)生變化。
正如前面所說明的，由于離子液體的蒸汽壓很低，所以真空填充法是組裝電光裝置的一種極具吸引力的方法。在真空填充過程中，一個帶有裝料口的空裝置單元(不含電解質)和盛放在另一容器中的電解質被放置在一個隔室中，并對隔室進行抽真空處理。然后在真空狀態(tài)下將該單元的裝料口浸沒到電解質中。然后在該裝料口始終浸沒在電解質溶液中的狀態(tài)下解除隔室的真空。如果離子溶液的粘度高(比如大于10厘泊)，可通過使電解質溶液與熱源相接觸，或在填充過程中對電解質進行加熱，或者在經過加熱的隔室中進行填充操作，或通過其他方式對電解質溶液進行加熱。電解質所處的環(huán)境壓力會使電解質充入到裝置單元中。將經過填充的裝置單元取出隔室，并將裝料口密封起來。
圖5a表明的是真空隔室46?？諝饣驓怏w(比如情性氣體)通過通道48被抽出或被引入到隔室46中。圖5a表明了在隔室46中建立真空后的填充過程。隔室46可帶有引入電解質的其他通道和單元，這些通道和單元在圖5a中沒有畫出。該隔室包括容器50，該容器中盛放溶液30。隔室52由兩個基板和密封板構成(比如隔室26由第一基板12、第二基板14和密封板24構成，基板上均覆蓋有涂層)。密封板上帶有裝料口28，該裝料口被用來向隔室52中填充溶液30。裝料口28可帶有一個或多個孔。圖1～圖4所示的基板和物質在隔室形成之前就已經結合在一起了。為了進行填充過程，一個或多個空的單元連同電解質溶液要被放入到隔室中。離子液體溶液30也被引入到真空隔室中，其中離子液體30含有一種或多種離子液體、一種或多種氧化還原染料；可以選擇的是，離子液體溶液30還可以含有非離子助溶劑、一種或多種紫外線穩(wěn)定劑、一種或多種就地聚合的可聚合單體以及一種或多種多種聚合反應催化劑和/或引發(fā)劑。在對隔室進行抽真空過程中，裝置單元和離子液體溶液是分離的。如果象5,140,455號美國專利所述的非離子傳統(tǒng)溶劑的情況一樣，填充溶液具有較高的蒸汽壓，則溶劑會蒸發(fā)，并導致隔室中的真空壓力不會低于溶劑的蒸汽壓。同樣，如果出現(xiàn)5,140,455號美國專利所述的傳統(tǒng)非離子溶劑的情況，填充溶液具有較高的蒸汽壓，則溶劑的蒸發(fā)；尤其是在真空狀態(tài)和加熱情況下的蒸發(fā)會使溶質的濃度偏離其最優(yōu)值，因為在傳統(tǒng)非離子溶劑發(fā)生蒸發(fā)的條件下離子液體不會發(fā)生蒸發(fā)，所以離子液體中的溶質濃度不會變化。由于離子液體的蒸汽壓極低，所以在隔室中建立真空的過程很快；而且，真空系統(tǒng)不會消耗電解質。另外，對于傳統(tǒng)的非離子液體而言，填充室中總會存在氣泡，這一點取決于非離子液體的蒸汽壓。有關氣泡現(xiàn)象的詳細論述可見5,140,455號美國專利。由于本發(fā)明中離子液體的蒸汽壓可以忽略不計，所以在隔室中可以迅速、高效地建立真空狀態(tài)，而且真空系統(tǒng)不會消耗溶劑，也不會有氣泡形成。如圖5b所示，在隔室處于真空狀態(tài)下將單元的裝料口浸沒到離子液體中，然后在裝料口始終浸沒在電解質中的狀態(tài)下解除隔室的真空；可以選擇的是，可對隔室進行加壓，使隔室中的壓力高于大氣壓。如圖5c所示，裝置單元內、外的壓差使離子液體充入到單元中，圖5c表明的是真空壓力被情性氣體或空氣壓力所取代后的隔室46，其中情性氣體壓力或空氣壓力高于此前所建立的真空壓力，優(yōu)選的情況是使隔室46中的壓力恢復到大氣壓或高于大氣壓的壓力。經過填充后的裝置單元從隔室中取出，并使用熱固化粘接劑或經紫外線照射而固化的粘接劑將裝料口密封起來。碳酸異丙烯酯是一種常用的電解質材料，這種材料在20℃下的蒸汽壓為0.03毫米汞柱。環(huán)丁砜也是電變色裝置所用的一種添加劑，這種物質的熔點為27.6℃，在其熔點溫度下的蒸汽壓為0.0062毫米汞柱。離子液體的蒸汽壓可以忽略不計(見Gordon C.M.在《應用催化》上發(fā)表的“離子液體催化的新進展”一文，222期，2001年，101～117頁；Earle J.M.在《綠色化學》上發(fā)表的“第爾斯-阿爾德離子液體中的反應”一文，第1期，1999年，23～25頁)。對本發(fā)明而言，在填充條件下低于0.003毫米汞柱的蒸汽壓力是可以忽略不計的壓力，在優(yōu)選情況下，在填充條件下低于0.001毫米汞柱的蒸汽壓力是可以忽略不計的壓力。壓力是否可以忽略不計可以由一項試驗確定，在這項試驗中，溶劑被放置在一個帶有1.5平方厘米開口的開放容器中，并在100℃以及0.1毫米汞柱的真空壓力下放置1小時。在這些條件下，溶劑的蒸發(fā)損失量應該小于1毫克，優(yōu)選的是小于0.1毫克。
其他的填充技術，比如5,140,455號美國專利中所述的填充技術也可用來制造本發(fā)明中的電光裝置。這些其他的填充技術包括注入填充技術，在注入填充技術中，電解質是被壓力壓入到裝料室中的。優(yōu)選的情況是在裝料室上再開一個孔，從而將裝料室中的氣體放掉，或者填充裝置具有排氣功能。
下面的實例表明了本發(fā)明的操作性能。
例1離子液體溶劑中紫外線穩(wěn)定劑的吸收光譜經過測定，碳酸異丙烯酯、1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺、N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺以及含有1％紫外線穩(wěn)定劑Uvinul 3035(乙基2-氰基-3，3-丙烯酸二苯酯，巴斯夫在新澤西州的Mount olive生產廠生產)的N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺溶液吸收光譜在250～800納米之間。1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺和N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺都是本發(fā)明所用的離子液體溶劑。1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺由于具有更高共軛性，所以對紫外線(波長低于400納米)的吸收性好于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺。1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺與紫外線穩(wěn)定劑所形成的溶液是透明溶液體，該溶液在-30℃下放置15小時不會形成沉淀物。圖6表明了這4種溶液的吸收光譜。
例2帶有含有氧化還原染料電解質溶液的電變色窗裝置ITO基板被切成2個5.25英吋×3.7英吋的長方形。在長方形的對角附近鉆兩個直徑約為3毫米的孔。然后對基板進行洗滌、干燥，并存儲在干凈的房間中。在第一塊基板的四周撒上含有環(huán)氧類物質的105微米玻璃珠，第二塊基板放置在第一塊基板上，這樣兩塊基板之間形成了一個腔體，兩塊基板的中心在其長邊方向上稍稍錯開一些。這樣，兩塊基板暴露出來的邊可被用來放置匯流條，并進行導電接連。環(huán)氧密封材料在120℃下進行固化。腔體在室溫下用液體電解質溶液進行填充；該液體電解質溶液含有0.015M的電荷轉移絡合物，電荷轉移絡合物由溶于1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺的N，N’-二甲基電變色劑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺和N，N，N’，N’-四甲基-1，4-苯二胺構成。在對腔體進行填充后，使用特氟龍球將基板上的兩個孔塞住(優(yōu)選的情況是球的直徑比孔徑大5～30％)，并使用玻璃蓋和環(huán)氧材料對腔體進行進一步的密封。使用超聲波焊機在每塊基板沿腔體長邊方向上暴露出來的部分上焊上焊接條。然后在這些焊接條上連上導線。將這一窗戶裝置放置在分光計中，并在施加1.0伏電壓的情況下監(jiān)測該裝置在550納米下的著色動力學性質，從而確定這一窗戶裝置的電變色性能。該裝置可變化到均勻的深蘭色，并在兩個電極的導線短路后回到原始的無色狀態(tài)。圖7表明的是該裝置著色狀態(tài)和消色狀態(tài)下的光譜。圖8表明的是該裝置在550納米下的動力學跟蹤情況。
例3帶有氧化鎢涂層的電變色窗戶裝置按照例2中所述的方法制備兩個ITO基板，不同之處在于本實例中的基不板進行鉆孔，并且基板上覆蓋一層300納米厚的氧化鎢層(在導電一側)，這層氧化鎢中含有摩爾分率為30％的氧化鋰(基于鎢原子)。這一覆蓋層是通過6,266,177號美國專利中所述的濕法化學富集過程而形成的。其他的方法，比如化學蒸汽沉積法和物理蒸汽沉積法也可用來使這層氧化鎢形成在基板上。這一層氧化鎢在潮濕的環(huán)境及135℃下進行烤制處理，然后在250℃下在空氣中進行燒制處理。然后按例1所述的過程將基板制成裝置單元。腔體的厚度為175微米。腔體中填充電解質，其中電解質含有溶解在1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺中重量比為1％的Uvinul 3035，裝料孔按例1所述的方法進行封閉。將該裝置單元放置在分光計中，并觀察其在1.2伏和-0.6伏電壓下的550納米著色動力學性質，從而確定該裝置的電變色性能。在傳導(消色)狀態(tài)下，該單元550納米波長光線的傳導率為76％，在完全著色狀態(tài)下，該單元550納米波長光線的傳導率為12％。圖9表明了該裝置在消色狀態(tài)和著色狀態(tài)下的傳導光譜。
例4含有溶于離子液體溶劑的氧化還原染料和紫外線穩(wěn)定劑這一電解質溶液的電變色窗戶裝置該裝置根據(jù)例2進行制備，不同之處在于裝置中填充的是由溶解于1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺的N，N’-二甲基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺(0.015M)、二茂鐵(0.015M)和重量比為1％的Uvinul 3035所形成的電解質溶液。該裝置所用的著色電壓為1.0伏，在著色狀態(tài)下對550納米波長光線的傳導率為41％，在消色狀態(tài)下對這一波長光線的傳導率為76％。
例5含有溶于離子液體溶劑的氧化還原染料和紫外線穩(wěn)定劑這一電解質溶液的電變色窗戶裝置該裝置根據(jù)例2進行制備，不同之處在于裝置中填充的是由電荷轉移絡合物和溶解于1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺中重量比為1％的Uvinul 3035所形成的電解質溶液；其中電荷轉移絡合物是由溶解于1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺的二氯N，N’-二甲基電變色劑水合物與N，N，N’，N’-四甲基-1，4-苯二胺(0.015M)反應而形成的。該裝置的著色電壓為1.0伏，在著色狀態(tài)下對550納米波長光線的傳導率為19％，在消色狀態(tài)下對這一波長光線的傳導率為70％。
例6含有溶于離子液體劑的氧化還原染料和紫外線穩(wěn)定劑這一電解質溶液系統(tǒng)的鏡子裝置電變色鏡使用由TEC15(俄亥俄州的LOF公司生產)制成的基板制造，另一個電變色鏡用銦-錫氧化物制造。使用銀在TEC15基板不導電的一側形成鏡面。這些基板按例2中所述方法進行組裝。經過鉆孔的對電極是ITO電極。裝置單元的間隙；即填充電解質層間隙的寬度為105微米。在使用溶于1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺的甲基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺(0.015M)、二茂鐵(0.015M)和重量比為1％的Uvinul 3035組成的電解質溶液對裝置進行填充后，對裝置施加1.0伏的電壓使其著色，并通過電極短路進行消色。該裝置單元在消色狀態(tài)下對波長550納米光線的反射率為71％，當處于著色狀態(tài)時，該裝置以這一波長光線的反射率為26％。在下，該裝置在著色12秒時對550納米波長光線的反射率達到26％～71％這一反射率范圍的50％，在消色過程中，使該裝置對550納米波長光線的反射率達到同一反射率范圍50％所需的時間為9秒。
例7含有溶解于離子液體溶劑的氧化還原染料和紫外線穩(wěn)定劑這一電解質溶液系統(tǒng)的鏡子裝置該裝置按例6所述的方法制造，不同之處是該裝置填充的是由0.015M的電荷轉移絡合物和溶解于1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺中重量比為1％的Uvinul 3035所形成的電解質溶液；其中電荷轉移絡合物是由二氯N，N’-二甲基電變色劑水合物與N，N，N’，N’-四甲基-1，4-苯二胺反應而生成的。該裝置在1.0伏電壓下進行著色，并在電極短路情況下進行消色。該裝置在消色狀態(tài)下對500納光波長光線的反射率為77％，在著色狀態(tài)下對同一波長光線的反射率為7.7％。當對該裝置施加1.0伏的電壓時，該裝置著色程度達到50％所需的時間為1.6秒，著色程度達到80％所需的時間為3.7秒。
例8測定離子液體的粘度和玻璃化轉變溫度使用DV-III+型BROOKFIELD粘度計的錐板附件測定1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺和碳酸異丙烯酯混合物(體積比為90∶10)在不同溫度下的粘度。圖11和圖12表明了這些液體的粘度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被擬合為下列線性方程ln(粘度)＝A+B/(T-Tg)其中T是測量溫度(℃)，Tg是玻璃化轉變溫度(℃)，A和B是曲線的擬合常數(shù)。通過改變假設的玻璃化轉變溫度直至曲線的關聯(lián)系數(shù)達到最大值可以確定玻璃化轉變溫度。對圖11中的擬合而言，線性關聯(lián)系數(shù)(R2)為0.996，對圖12所示的溶劑混合物而言，這一關聯(lián)系數(shù)為0.999。1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺的最佳擬合方程為ln(粘度)＝601.41/(T-Tg)-1.483其中該曲線的最佳擬合點位于玻璃化轉變溫度為-85℃這一點。1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺和碳酸異丙烯酯混合物的最佳擬合方程為ln(粘度)＝967.35/(T-Tg)-2.694其中該曲線的最佳擬合點位于玻璃化轉變溫度為-130℃這一點。
例9使用3種不同電解質溶液的電變色裝置之間的比較根據(jù)例2中所述的方法制造三個裝置。每個裝置的工作面積為0.94平方厘米。雙功能氧化還原染料為電荷轉移絡合物，該電荷轉移絡合物由5，10-二氫基-5，10-二甲基吩嗪(吩嗪)和N，N’-二甲基電變色劑雙[雙(三氟甲基磺酰基)亞胺]鹽(電變色劑)反應而生成。紫外線穩(wěn)定劑為UvinulTM3035。離子液體含有1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲磺?；?亞胺。表1列出了電解質溶液中每種組分的重量(克)表1
正如上表所示的，裝置1使用離子液體電解質溶液和非離子的碳酸異丙烯酯添加劑，裝置2使用不含碳酸異丙烯酯的離子液體，裝置3使用不含任何離子液體的碳酸異丙烯酯。裝置1中電解質在25℃下的粘度為50厘泊，在82℃下的粘度為8厘泊。從粘度測量值所計算得到的玻璃化轉變溫度為-140℃。裝置1和裝置2的厚度為63微米。裝置3的厚度為175微米。當裝置3的厚度再減小時，該裝置的泄漏電流太大，以至于該裝置不能均勻著色，尤其是該裝置中心的顏色比四周的顏色淺。泄漏電流強度隨電解質層厚度的增加而減小，但其他參數(shù)保持不變。下面的表2表明了這些裝置的結果。這些裝置的傳導率在使用0.9伏電壓進行著色時使用光纖分光計進行測定。
表2
例10合成雙功能氧化還原染料；使用溶于離子液體溶劑的雙功能氧化還原染料電解質溶液的電變色裝置在含有溶于乙腈(20毫升)的4，4’-雙吡啶(681毫克)溶液中加入氯甲基二茂鐵(1克)。該混合物在密封管中加熱24小時，加熱溫度為130℃。然后對該管進行冷卻，并在減壓條件下除去所有溶劑，從而得到黃色固體物質；然后用熱甲苯液體對黃色固體物質進行洗滌，隨后進行干燥，最終得到甲基二茂鐵電變色劑的氯化物(1.6克)。這些甲基二茂鐵電變色劑氯化物(1.6克)被溶于含有5毫升甲基碘的乙腈液體(20毫升)中。該混合液體在100℃下加熱24小時，然后進行冷卻，并在減壓條件下除去所有溶劑。得到的黃色固體被溶于水(100毫升)中，從而制成清澈的溶液。然后向這一清澈的溶液中加入雙(三氟甲基磺?；?亞胺鋰(3克)。溶液中會生成黑色沉淀物N-甲基-N’-甲基二茂鐵電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺，通過過濾將這一黑色沉淀物分離出來(產量為3.1克)。得到的這種產品就是雙功能氧化還原染料，其結構式為
這種氧化還原染料被用于電變色裝置，具體使用過程是將這種氧化還原染料溶解于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺中，然后將這一溶液裝入到電變色裝置的腔體單元中；其中腔體單元由兩塊ITO基板和O形環(huán)構成。所制成的電變色裝置通過循環(huán)施加電壓可成功地反復進行著色和消色過程例11使用離子液體溶劑和帶有陰極物質和銪陽極物質雙功能氧化還原染料所形成的電解質溶液的電變色裝置1克氯化銪(II)和2當量雙(三氟甲基磺?；?亞胺氫的混合物被加熱，直到沒有氣體逸出為止。加熱所得到的產品是雙(三氟甲基磺酰基)亞胺銪(II)，該產品然后在60℃及真空狀態(tài)下被加熱4小時進行提純。雙(三氟甲磺酰基)亞胺銪(II)(100毫克)和N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺(100毫克)溶解于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺(2毫升)中。所得到的溶液裝入到兩塊ITO板之間。在循環(huán)施加電壓的情況下，所制得的電變色裝置可成功地重復進行著色和消色過程，其中裝置的著色和消色過程估計是銪(II)氧化成銪(III)以及同時存在的二乙基電變色劑還原成相應的游離陽離子這一過程造成的。
例12雙功能氧化還原染料的合成及其在電變色裝置中的應用1-溴基-2-乙基己烷(1.2克)和4，4’-雙吡啶(1克)溶于乙腈(20毫升)中，該混合物在封閉管中加熱24小時，加熱溫度為130℃，產物經過提純后得到4-(2-乙基己基)-4，4’雙吡啶嗅化物(2克)。4-(2-乙基己基)-4，4’雙吡啶溴化物(0.5克)、氫氧化鈉(40毫克)和1-溴乙酸的水合溶液經12小時回流，然后加入雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鋰(500毫克)，溶液中會生成白色沉淀物。該白色沉淀物為4-(2-乙基己基)-4’-亞甲基羧酸鹽-4，4’-電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺，對該白色沉淀物進行過濾和干燥(生成620毫克的產品)。4-(2-乙基己基)-4’亞甲基羧酸鹽-4，4’-電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺的結構式為 該物質被用于電變色裝置中。4-(2-乙基己基)-4’-亞甲基羧酸鹽-4，4’-電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺(602毫克)與雙(三氟甲基磺?；?亞胺銪(II)相混合，并被熔化；混合物保持熔化狀態(tài)15分鐘，從而生成4-(2-乙基己基)-4’-亞甲基羧酸鹽(4，4’-電變色劑三(雙(三氟甲基磺?；?亞胺)銪)，該物質的結構式為
通過將4-(2-乙基己基)-4’-亞甲基羧酸鹽-4，4’-電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺銪(600毫克)溶于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺(3毫升)中，并將得到的電解質溶液裝入到由O形環(huán)和兩個ITO電極所形成的腔體中，由此制備出使用這種物質的電變色裝置。在循環(huán)施加電壓的情況下，所制得的電變色裝置可成功地重復進行著色和消色過程，其中裝置的著色和消色過程估計是銪(II)氧化成銪(III)以及同時存在的二乙基電變色劑還原成相應的游離陽離子這一過程造成的。
例13雙功能氧化還原染料的合成及其在電變色裝置中的應用將N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺與1當量的5，10-二氫基-5，10-二甲基吩嗪(兩種化合物合計20毫克)混合于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺溶劑(10毫升)中，從而得到電荷轉移絡合物。還要制備N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺(20毫克)溶于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺(10毫升)的溶液，并制備5，10-二氫基-5，10-二甲基吩嗪(20毫克)溶于丙酮(10毫升)的溶液。經過測量，這三種溶液的光譜在300～900納米之間，圖13表明了這三種溶液的光譜。N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺的N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺溶液的光譜用“電變色劑”進行標記，5，10-二氫基-5，10-二甲基吩嗪的丙酮溶液的光譜用“吩嗪”進行標記，N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺和5，10-二氫基-5，10-二甲基吩嗪的N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺溶液的光譜用“電荷轉移絡合物”進行標記。“電荷轉移絡合物”光譜在450納米、665納米和730納米處表現(xiàn)出了新的吸收頻帶，這些光譜是N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺?；?亞胺或5，10-二氫基-5，10-二甲吩嗪的吸收光譜中所不具有的；特別建議使用這兩種化合物生成電荷轉移絡合物。隨后通過制備這種絡合物的晶體并用X-射線檢測該晶體的結構來確認該絡合物的構成。按例2所述的過程制備電變色裝置，不同之處在于使用0.05M的上述電荷轉移絡合物和2-氰基-3，3-二苯基-丙烯酸乙酯(重量比為5％)溶于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺溶劑所形成的電解質溶液填充電變色裝置的腔體，。
同樣還制備含有較低濃度(0.03M)電荷轉移絡合物和含有2％2，4-二羥基苯酚的電變色裝置，這些電變色裝置在70℃下接受一組循環(huán)測試(79,500次循環(huán)測試)，在測試過程中電變色裝置暴露在2,000千焦的紫外線下，測試結果表明電變色裝置的性能沒有明顯的下降。如圖14所示，溶于N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺中的5，10-二氫基-5，10-二甲基吩嗪和N，N’-二乙基電變色劑雙(三氟甲基磺酰基)亞胺之間電荷轉移絡合物的伏安圖表明只有一個可逆的氧化波。
例14溶劑在真空狀態(tài)下的重量損失在表面積為1.5平方厘米的容器中加入碳酸異丙烯酯(1克)，并在100℃和1毫米汞柱真空狀態(tài)下對該容器進行加熱。1小時后，使壓力恢復到常壓，并使該容器冷卻到常溫。然后對樣品進行重新稱重，剩余的碳酸異丙烯酯重量為0.627克。在表面積為1.5平方厘米的容器中裝入離子液體N-丁基-N-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺(1克)，并在100℃和1毫米汞柱真空狀態(tài)下對該容器進行加熱。加熱1小時后，使壓力恢復到常壓，并使該容器冷卻到常溫。使用精度為1毫克的天平對樣品進行稱量，沒有觀察到樣品的重量發(fā)生變化。
例15含有由電變色劑和二茂鐵相結合而形成的多功能染料的電變色裝置實例電變色裝置被制成車內后視鏡的形狀。該后視鏡的長約25厘米，寬約6厘米?；迨荢ungateTM300玻璃(賓西法尼亞州匹斯堡PPG工業(yè)公司生產)，該玻璃基板上覆蓋有一層導電的氧化錫，該層氧化錫的電阻為40.5歐姆/平方厘米。電解質通過密封板上的小孔填充到裝置中，該孔在填充操作后用紫外線固化密封劑封閉起來。電解質的厚度為100微米，電解質溶劑是離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?亞胺)和碳酸異丙烯酯的混合物。電解質的厚度通過在密封材料的周邊加入隔離球來控制，該裝置的周邊密封材料為環(huán)氧樹脂。電解質的組成為2.502克離子液體、0.2378克碳酸異丙烯酯以及0.0973克的雙功能氧化還原染料，其中雙功能氧化還原染料由電變色劑和二茂鐵結合而成。當該裝置在0.9伏電壓下著色時，其對波長為550納米光線的傳導率從79％降到了16％。在汽車工程師協(xié)會J1960測試方法所規(guī)定的紫外線照射強度下，處于消色狀態(tài)的裝置暴露在1,000千焦的紫外線下，這一測試表明該裝置具有良好的紫外線穩(wěn)定性。
總之，本發(fā)明包括紫外線穩(wěn)定劑、雙功能氧化還原染料、這些染料溶于離子液體溶劑所形成的電解質溶液以及使用這些電解質溶液的電光裝置。這些電解質的玻璃化轉變溫度通常為-40℃或更低的溫度，這些電解質溶液使電光裝置具有出色的耐用性和極好的性能。
本文前面對本發(fā)明所做的說明只出于說明和例證說明的目的，并不是涵蓋了本發(fā)明的全部內容，也不是將本發(fā)明限定于本文所述的全部內容。很明顯，根據(jù)本文所述的內容可以對本發(fā)明進行多種修正和改動。本文所選用的實例方案是為了對本發(fā)明的原理及本發(fā)明的應用進行最清晰的說明，從而使本領域中的技術人員能夠在各種實施方案中最佳地使用本發(fā)明，并使這些技術人員掌握適合于具體用途的各種變化。本發(fā)明的范圍由本文所附的權利要求加以限定。
權利要求
1.一種玻璃化轉變溫度低于約-40℃的電解質溶液，該電解質溶液至少含有一種溶于離子液體溶劑的雙功能氧化還原染料。
2.如權利要求1中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料至少含有一種氧化還原活性陽極物質和至少一種氧化還原活性陰極物質。
3.如權利要求1中的電解質溶液，其中所述的氧化還原染料由至少一種能量受體和至少一種氧化還原活性陽極物質組成；或由至少一種能量受體和至少一種氧化還原陰極物質組成。
4.如權利要求1中的電解質溶液，其中所述的離子液體溶劑至少選自于鋰陽離子和季銨陽離子，其中所述的季銨陽離子選自于吡啶陽離子、噠嗪陽離子、嘧啶陽離子、吡嗪陽離子、吡唑啉陽離子、咪唑陽離子、噻唑陽離子、噁唑陽離子、三唑陽離子、四烷基季銨陽離子、N-甲基嗎啉陽離子、分子式為[(CH3CH2)3N(R1)]+的陽離子、分子式為[(CH3)2(CH3CHCH3N(R2))]+的陽離子、結構式為 的陽離子、結構式為 的陽離子；其中R1是含有2～10個碳原子的烷基其中R2是帶有2～10個碳原子的烷基，R3是帶有2～10個碳原子的烷基，R4是帶有2～10碳原子的烷基。
5.如權利要求1中的電解質溶液，其中所述的離子液體至少含有選自于以下陰離子的一種陰離子三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?亞胺陰離子((CF3SO2)3C-)。
6.如權利要求2中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料中的所述陽極物質包括吡唑啉、金屬茂、苯二胺、聯(lián)苯胺、吩噁嗪、吩噻嗪、四硫富瓦烯、吩嗪，所述的雙功能氧化還原染料中的所述陰極物質包括電變色劑和蒽醌。
7.如權利要求1中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料是具有以下結構的化合物 其中A-選自于由以下陰離子組成的一組離子三氟甲基磺酸根離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)，雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；B-選自于由以下陰離子組成的一組離子鹵族元素的陰離子、高氯酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、六氟銻酸根、乙酸根、甲基乙基磺酸根、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；其中R10和R11分別是選自于以下烴類基團烷基、鏈烯基以及帶有1～10個碳原子的芳基基團，當R10和R11是芳基基團時，該芳基基團與環(huán)戊二烯基形成稠環(huán)結構，其中m＝0～4，n＝0～4；R12和R13分別是帶有1～20個碳原子的烴類殘基，或者是帶有酯鍵單元、醚鍵單元、酰胺鍵單元、硫醚鍵單元、胺鍵單元、氨基甲酸鍵單元或甲硅烷基單元的鏈烯基基團；R14選自于烷基基團、環(huán)烷基基團、鏈烯基基團、芳基基團、帶有1～20個碳原子的芳烷基基團、帶有4～20個碳原子的雜環(huán)基團、使用取代基取代烴類基團或雜環(huán)基團中的氫而得到的烴類基團或雜環(huán)基團；Me代表Cr、Co、Fe、Mn、Ni、Os、Ru、V、Mo(X)(Q)、Nb(X)(Q)、Ti(X)(Q)、V(X)(Q)、或Z(X)(Q)，其中X和Q分別選自于氫、鹵素、帶有1～12個碳原子的烷基基團、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)2C-)、或具有以下結構式的物質陽離子1-陰離子1、陽離子1-橋連結構1-陰離子1、陽離子1-橋連結構1-陰離子1-橋連結構2-陽離子2、陰離子2-橋連結構2-陽離子1-橋連結構1-陰離子1；其中陽離子1-陰離子1代表電荷轉移絡合物；陽離子1和陽離子2分別代表具有以下結構的自由基 其中R17和R18分別是帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～個碳原子的芳基基團、或者R17和R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH＝CH-橋連結構，R19、R20、R22和R25分別代表氫帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～4個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基或帶有1～18個碳原子的烷氧羰基，或者R22與R23和/或R24與R25形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；R26、R27、R28和R29分別代表氫，或者兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH＝CH-橋連結構，E3和E4分別代表O、N-CN、C(CN2)或N-(帶有6～10個碳原子的芳基)，R34和R35分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳基，R30和R31分別代表氫、帶有1～6個碳原子的烷基，或R30與R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；E1和E2分別代表O、S、NR36、C(R36)2，或者E1和E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構；R36代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有4～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基；Z1代表直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N＝CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-；Z2代表-(CH2)r或-CH2-C6H4-CH2-；r＝1～10；C-選自于雙(三氟甲基磺酰基)亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；D-選自于鹵素陰離子、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺酰基)甲烷((CF3SO2)3C-)，其中與橋連結構單元所形成的鍵是通過自由基R17～R36中的一個自由基而實現(xiàn)的，此處提到的自由基代表直接鍵，其中陰離子1和陰離子2分別代表具有以下結構的自由基 或者陰離子1和陰離子2分別代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、鋅(II)、銻(III)、(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽；R37～R43分別代表帶有1～18個碳原子烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子芳基；R41～R43還可代表氫；R44～R50分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳基，R48和R49還可以代表苯并稠合芳香或似芳香五員或六員雜環(huán)；R50還可N(R51)(R52)，R44與R45和/或R46與R47形成-(CH2)3-、-(CH2)4-、-(CH2)5-或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；Z3代表直接鍵、-CH＝CH-或-N＝N-橋連結構，＝Z4＝代表直接雙鍵、＝CH-CH-或＝N-N＝橋連結構，E3和E4分別O、S、NR51、C(R51)(R52)、C＝O或SO2，E5～E8分別代表S、Se或NR51，R51和R52分別代表帶有1～12個碳原子的烷基、帶有2～8個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子芳烷基或帶有6～10個碳原子的烷基、R53～R60分別代表氫、帶有1～6個碳原子的烷基，帶有1～18個碳原子的烷氧基、氰基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳或，或者R53與R54和/或R59與R60分別共同形成-(CH2)3-、-(CH2)4或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，V＝0～10，其中與橋連結構單元橋連結構1和橋連結構2形成的結合鍵是通過自由基R37～R54中的一個自由基實現(xiàn)的，或者R60以及此處提到的自由基代表直接鍵，橋連結構1和橋連結構2分別代表分子式為-(CH2)n-或-(Y1)s(CH2)m-(Y2)o-(CH2)p-(Y3)q-的橋連結構單元，可以選擇的是，這些分子式中的每一項都可被帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素或苯基所取代，Y1～Y3分別O、S、NR61、COO、CONH、NHCONH、環(huán)戊二烯基、環(huán)己二烯基、亞苯基、亞萘基、β-二羰基，R61代表帶有1～6個碳原子的烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基，n＝0～12，m＝0～8，p＝0～12，o＝0～6，q＝0～1，s＝0～1。
8.如權利要求3中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料包括氧化還原活性物質和能量受體；氧化還原活性物質包括吡唑啉、金屬茂、苯二胺、聯(lián)苯胺、吩噁嗪、吩噻嗪、四硫富瓦烯、吩嗪、電變色劑或蒽醌，能量受體包括苯酮、苯并三唑或氰基丙烯酸酯。
9.如權利要求1中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料包括分子式為[陽離子1][M]的化合物，其中M代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、鋅(II)、銻(III)、(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽，其中陽離子1代表具有以下結構的配位體 其中R17和R18分別代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基，或者R17和R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、或-CH＝CH-，R19、R20以及R22～R25分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基或帶有1～18個碳原子的烷氧羰基，或者R22與R23和/或R24/R25形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；R26、R27、R28和R29分別代表氫，或兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、或-CH＝CH-橋連結構，E3和E4分別代表O、N-CH、C(CN)2或N-(帶有6～10個碳原子的芳基)，R34和R35分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、素、氰基、硝基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基可帶有6～10個碳原子的芳基，或者R30～R33分別代表氫或帶有1～6個碳原子的烷基，或者R30和R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，E1和E2分別代表O、S、NR36或C(R36)2，或者E1和E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構，R36代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有4～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10碳原子的芳基，Z1代表直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N＝CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-，Z2代表-(CH2)Y-或-CH2-C6H4-CH2-，Y＝1～10，C-選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；D-選自于鹵素陰離子、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺酰基)甲烷((CF3SO2)3C-)。
10.權利要求1中的電解質溶液還包括至少一種添加劑，該添加劑選自于非離子助溶劑、聚合物、觸變劑和紫外線穩(wěn)定劑。
11.一種電光裝置，該電光裝置至少包括一個隔室，隔室內含有電解質介質，電解質溶液的玻璃化轉變溫度低于約-40℃，并至少含有一種溶于離子液體的雙功能氧化還原染料。
12.如權利要求11中的電光裝置，其中所述的雙功能氧化還原染料包括至少一種氧化還原活性陽極物質和至少一種氧化還原活性陰極物質。
13.如權利要求11中的電光裝置，其中所述的雙功能氧化還原染料包括至少一種能量受體以及至少一種氧化還原活性陽極物質；或至少包括一種能量受體和至少一種氧化還原活性陰極物質，或者包括至少一種能量受體和至少一種氧化還原活性陽極物質以及至少一種氧化還原活性陰極物質。
14.如權利要求11中的電光裝置，其中所述的離子液體溶劑至少選自于鋰陽離子和季銨陽離子，其中所述的季銨陽離子選自于吡啶陽離子、噠嗪陽離子、嘧啶陽離子、吡嗪陽離子、吡唑啉陽離子、咪唑陽離子、噻唑陽離子、噁唑陽離子、三唑陽離子、四烷基季銨陽離子、N-甲基嗎啉陽離子、分子式為[(CH3CH2)3N(R1)]+的陽離子、分子式為[(CH3)2(CH3CHCH3N(R2))]+的陽離子、結構式為 的陽離子；其中R1是含有2～10個碳原子的烷基其中R2是帶有2～10個碳原子的烷基，R3是帶有2～10個碳原子的烷基，R4是帶有2～10碳原子的烷基。
15.如權利要求11中的電光裝置，其中所述的離子液體至少包括一種陰離子，該陰離子選自于三氟甲基磺酸根陰離子(CF3SO3-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺陰離子((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷陰離子((CF3SO2)3C-)。
16.如權利要求12中的電光裝置，其中所述的雙功能氧化還原染料中的陽極物質包括吡唑啉、金屬茂、苯二胺、聯(lián)苯胺、吩惡嗪、吩噻嗪、四硫富瓦烯或吩嗪，所述的雙功能氧化還原染料中的陰極物質包括電變色劑或蒽醌。
17.如權利要求11中的電光裝置，其中所述的雙功能氧化還原染料是具有以下結構的化合物 其中A-選自于由以下陰離子組成的一組離子三氟甲基磺酸根離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)，雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；B-選自于由以下陰離子組成的一組離子鹵族元素的陰離子、高氯酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、六氟銻酸根、乙酸根、甲基乙基磺酸根、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；其中R10和R11分別是選自于以下烴類基團烷基、鏈烯基以及帶有1～10個碳原子的芳基基團，當R10和R11是芳基基團時，該芳基基團與環(huán)戊二烯基形成稠環(huán)結構，其中m＝0～4，n＝0～4；R12和R13分別是帶有1～20個碳原子的烴類殘基，或者是帶有酯鍵單元、醚鍵單元、酰胺鍵單元、硫醚鍵單元、胺鍵單元、氨基甲酸鍵單元或甲硅烷基單元的鏈烯基基團；R14選自于烷基基團、環(huán)烷基基團、鏈烯基基團、芳基基團、帶有1～20個碳原子的芳烷基基團、帶有4～20個碳原子的雜環(huán)基團、使用取代基取代烴類基團或雜環(huán)基團中的氫而得到的烴類基團或雜環(huán)基團；Me代表Cr、Co、Fe、Mn、Ni、Os、Ru、V、Mo(X)(Q)、Nb(X)(Q)、Ti(X)(Q)、V(X)(Q)、或Z(X)(Q)，其中X和Q分別選自于氫、鹵素、帶有1～12個碳原子的烷基基團、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺酰基)甲烷((CF3SO2)3C-)、或具有以下結構式的物質陽離子1-陰離子1、陽離子1-橋連結構1-陰離子1、陽離子1-橋連結構1-陰離子1-橋連結構2-陽離子2、陰離子2-橋連結構2-陽離子1-橋連結構1-陰離子1；其中陽離子1-陰離子1代表電荷轉移絡合物；陽離子1和陽離子2分別代表具有以下結構的自由基 其中R17和R18分別是帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～個碳原子的芳基基團、或者R17和R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH＝CH-橋連結構，R19、R20、R22和R25分別代表氫帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～4個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基或帶有1～18個碳原子的烷氧羰基，或者R22與R23和/或R24與R25形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；R26、R27、R28和R29分別代表氫，或者兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH＝CH-橋連結構，E3和E4分別代表O、N-CN、C(CN2)或N-(帶有6～10個碳原子的芳基)，R34和R35分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳基，R30和R31分別代表氫、帶有1～6個碳原子的烷基，或R30與R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；E1和E2分別代表O、S、NR36、C(R36)2，或者E1和E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構；R36代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有4～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基；Z1代表直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N＝CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-；Z2代表-(CH2)r或-CH2-C6H4-CH2-；r＝1～10；C-選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺酰基)甲烷((CF3SO2)3C-)；D-選自于鹵素陰離子、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺酰基)亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)，其中與橋連結構單元所形成的鍵是通過自由基R17～R36中的一個自由基而實現(xiàn)的，此處提到的自由基代表直接鍵，其中陰離子1和陰離子2分別代表具有以下結構的自由基 或者陰離子1和陰離子2分別代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、鋅(II)、銻(III)、(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽；R37～R43分別代表帶有1～18個碳原子烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子芳基；R41～R43還可代表氫；R44～R50分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳基，R48和R49還可以代表苯并稠合芳香或似芳香五員或六員雜環(huán)；R50還可N(R51)(R52)，R44與R45和/或R46與R47形成-(CH2)3-、-(CH2)4-、-(CH2)5-或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；Z3代表直接鍵、-CH＝CH-或-N＝N-橋連結構，＝Z4＝代表直接雙鍵、＝CH-CH-或＝N-N＝橋連結構，E3和E4分別O、S、NR51、C(R51)(R52)、C＝O或SO2，E5～E8分別代表S、Se或NR51，R51和R52分別代表帶有1～12個碳原子的烷基、帶有2～8個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子芳烷基或帶有6～10個碳原子的烷基、R53～R60分別代表氫、帶有1～6個碳原子的烷基，帶有1～18個碳原子的烷氧基、氰基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳或，或者R53與R54和/或R59與R60分別共同形成-(CH2)3-、-(CH2)4或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，V＝0～10，其中與橋連結構單元橋連結構1和橋連結構2形成的結合鍵是通過自由基R37～R54中的一個自由基實現(xiàn)的，或者R60以及此處提到的自由基代表直接鍵，橋連結構1和橋連結構2分別代表分子式為-(CH2)n-或-(Y1)s(CH2)m-(Y2)o-(CH2)p-(Y3)q-的橋連結構單元，可以選擇的是，這些分子式中的每一項都可被帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素或苯基所取代，Y1～Y3分別O、S、NR61、COO、CONH、NHCONH、環(huán)戊二烯基、環(huán)己二烯基、亞苯基、亞萘基、β-二羰基，R61代表帶有1～6個碳原子的烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基，n＝0～12，m＝0～8，p＝0～12，o＝0～6，q＝0～1，s＝0～1。
18.如權利要求13中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料包括氧化還原活性物質和能量受體；氧化還原活性物質包括吡唑啉、金屬茂、苯二胺、聯(lián)苯胺、吩噁嗪、吩噻嗪、四硫富瓦烯、吩嗪、電變色劑或蒽醌，能量受體包括苯酮、苯并三唑或氰基丙烯酸酯。
19.權利要求11中的電解質溶液還包括至少一種添加劑，該添加劑選自于非離子助溶劑、聚合物、觸變劑和紫外線穩(wěn)定劑。
20.如權利要求11中的電解質溶液，其中所述的雙功能氧化還原染料包括分子式為[陽離子1][M]的化合物，其中M代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、鋅(II)、銻(III)、(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽，其中陽離子1代表具有以下結構的配位體 其中R17和R18分別代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基，或者R17和R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、或-CH＝CH-，R19、R20以及R22～R25分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基或帶有1～18個碳原子的烷氧羰基，或者R22與R23和/或R24/R25形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；R26、R27、R28和R29分別代表氫，或兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、或-CH＝CH-橋連結構，E3和E4分別代表O、N-CH、C(CN)2或N-(帶有6～10個碳原子的芳基)，R34和R35分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、素、氰基、硝基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基可帶有6～10個碳原子的芳基，或者R30～R33分別代表氫或帶有1～6個碳原子的烷基，或者R30和R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，E1和E2分別代表O、S、NR36或C(R36)2，或者E1和E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構，R36代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有4～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10碳原子的芳基，Z1代表直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N＝CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-，Z2代表-(CH2)r-或-CH2-C6H4-CH2-，r＝1～10，C-選自于雙(三氟甲基磺酰基)亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；D-選自于鹵素陰離子、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷酸根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺酰基)甲烷((CF3SO2)3C-)。
21.一種具有以下結構的化合物 其中A-選自于由以下陰離子組成的一組離子三氟甲基磺酸根離子(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)，雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；B-選自于由以下陰離子組成的一組離子鹵族元素的陰離子、高氯酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、六氟銻酸根、乙酸根、甲基乙基磺酸根、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)以及三(三氟甲基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；其中R10和R11分別是選自于以下烴類基團烷基、鏈烯基以及帶有1～10個碳原子的芳基基團，當R10和R11是芳基基團時，該芳基基團與環(huán)戊二烯基形成稠環(huán)結構，其中m＝0～4，n＝0～4；R12和R13分別是帶有1～20個碳原子的烴類殘基，或者是帶有酯鍵單元、醚鍵單元、酰胺鍵單元、硫醚鍵單元、胺鍵單元、氨基甲酸鍵單元或甲硅烷基單元的鏈烯基基團；R14選自于烷基基團、環(huán)烷基基團、鏈烯基基團、芳基基團、帶有1～20個碳原子的芳烷基基團、帶有4～20個碳原子的雜環(huán)基團、使用取代基取代烴類基團或雜環(huán)基團中的氫而得到的烴類基團或雜環(huán)基團；Me代表Cr、Co、Fe、Mn、Ni、Os、Ru、V、Mo(X)(Q)、Nb(X)(Q)、Ti(X)(Q)、V(X)(Q)、或Z(X)(Q)，其中X和Q分別選自于氫、鹵素、帶有1～12個碳原子的烷基基團、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺酰基)甲烷((CF3SO2)3C-)、或具有以下結構式的物質陽離子1-陰離子1、陽離子1-橋連結構1-陰離子1、陽離子1-橋連結構1-陰離子1-橋連結構2-陽離子2、陰離子2-橋連結構2-陽離子1-橋連結構1-陰離子1；其中陽離子1-陰離子1代表電荷轉移絡合物；陽離子1和陽離子2分別代表具有以下結構的自由基 其中R17和R18分別是帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～個碳原子的芳基基團、或者R17和R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH＝CH-橋連結構，R19、R20、R22和R25分別代表氫帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～4個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基或帶有1～18個碳原子的烷氧羰基，或者R22與R23和/或R24與R25形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；R26、R27、R28和R29分別代表氫，或者兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH＝CH-橋連結構，E3和E4分別代表O、N-CN、C(CN2)或N-(帶有6～10個碳原子的芳基)，R34和R35分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳基，R30和R31分別代表氫、帶有1～6個碳原子的烷基，或R30與R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；E1和E2分別代表O、S、NR36、C(R36)2，或者E1和E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構；R36代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有4～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基；Z1代表直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N＝CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-；Z2代表-(CH2)r或-CH2-C6H4-CH2-；r＝1～10；C-選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺酰基)亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；D-選自于鹵素陰離子、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)，其中與橋連結構單元所形成的鍵是通過自由基R17～R36中的一個自由基而實現(xiàn)的，此處提到的自由基代表直接鍵，其中陰離子1和陰離子2分別代表具有以下結構的自由基 或者陰離子1和陰離子2分別代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、鋅(II)、銻(III)、(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽；R37～R43分別代表帶有1～18個碳原子烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子芳基；R41～R43還可代表氫；R44～R50分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳基，R48和R49還可以代表苯并稠合芳香或似芳香五員或六員雜環(huán)；R50還可N(R51)(R52)，R44與R45和/或R46與R47形成-(CH2)3-、-(CH2)4-、-(CH2)5-或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；Z3代表直接鍵、-CH＝CH-或-N＝N-橋連結構，＝Z4＝代表直接雙鍵、＝CH-CH-或＝N-N＝橋連結構，E3和E4分別O、S、NR51、C(R51)(R52)、C＝O或SO2，E5～E8分別代表S、Se或NR51，R51和R52分別代表帶有1～12個碳原子的烷基、帶有2～8個碳原子的鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子芳烷基或帶有6～10個碳原子的烷基、R53～R60分別代表氫、帶有1～6個碳原子的烷基，帶有1～18個碳原子的烷氧基、氰基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基或帶有6～10個碳原子的芳或，或者R53與R54和/或R59與R60分別共同形成-(CH2)3-、-(CH2)4或-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，V＝0～10，其中與橋連結構單元橋連結構1和橋連結構2形成的結合鍵是通過自由基R37～R54中的一個自由基實現(xiàn)的，或者R60以及此處提到的自由基代表直接鍵，橋連結構1和橋連結構2分別代表分子式為-(CH2)n-或-(Y1)s(CH2)m-(Y2)o-(CH2)p-(Y3)q-的橋連結構單元，可以選擇的是，這些分子式中的每一項都可被帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素或苯基所取代，Y1～Y3分別O、S、NR61、COO、CONH、NHCONH、環(huán)戊二烯基、環(huán)己二烯基、亞苯基、亞萘基、β-二羰基，R61代表帶有1～6個碳原子的烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基，n＝0～12，m＝0～8，p＝0～12，o＝0～6，q＝0～1，s＝0～1。。
22.一種化合物，其中構成這種化合物的所述雙功能氧化還原染料具有以下分子式[陽離子1][M]其中M代表含有鈦(III)、釩(III)、釩(IV)、鐵(II)鈷(II)、銅(I)、銀(I)、銦(I)、鋅(II)、銻(III)、(III)、鈰(III)、釤(II)、鏑(II)、鐿(II)或銪(II)的金屬鹽，其中陽離子1代表具有以下結構的配位體 其中R17和R18分別代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子鏈烯基、帶有3～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10個碳原子的芳基，或者R17和R18共同形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、或-CH＝CH-，R19、R20以及R22～R25分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、鹵素、氰基、硝基或帶有1～18個碳原子的烷氧羰基，或者R22與R23和/或R24/R25形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構；R26、R27、R28和R29分別代表氫，或兩個一對地形成-(CH2)2-、-(CH2)3-、或-CH＝CH-橋連結構，E3和E4分別代表O、N-CH、C(CN)2或N-(帶有6～10個碳原子的芳基)，R34和R35分別代表氫、帶有1～18個碳原子的烷基、帶有1～18個碳原子的烷氧基、素、氰基、硝基、帶有1～18個碳原子的烷氧羰基可帶有6～10個碳原子的芳基，或者R30～R33分別代表氫或帶有1～6個碳原子的烷基，或者R30和R26和/或R31與R27形成-CH＝CH-CH＝CH-橋連結構，E1和E2分別代表O、S、NR36或C(R36)2，或者E1和E2共同形成-N-(CH2)2-N-橋連結構，R36代表帶有1～18個碳原子的烷基、帶有2～12個碳原子的鏈烯基、帶有4～7個碳原子的環(huán)烷基、帶有7～15個碳原子的芳烷基或帶有6～10碳原子的芳基，Z1代表直接鍵、-CH＝CH-、-C(CH3)＝CH-、-C(CN)＝CH-、-CCl＝CCl-、-C(OH)＝CH-、-CCl＝CH-、-C≡C-、-CH＝N-N＝CH-、-C(CH3)＝N-N＝C(CH3)-或-CCl＝N-N＝CCl-，Z2代表-(CH2)Y-或-CH2-C6H4-CH2-，Y＝1～10，C-選自于雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)；D-選自于鹵素陰離子、高氯酸根(ClO4-)、四氟硼酸根(BF4-)、六氟磷根(PF6-)、六氟砷酸根(AsF6-)、六氟銻酸根(SbF6-)、乙酸根(CH3COO-)、甲基乙基磺酸根(CH3(C6H4)SO3-)、三氟甲基磺酸根(CF3SO3-)、雙(三氟甲基磺?；?亞胺((CF3SO2)2N-)、雙(全氟化乙基磺?；?亞胺((CF3CF2SO2)2N-)、三(三氟化乙基磺?；?甲烷((CF3SO2)3C-)。
23.一種使用含有熱離子液體電解質溶液的流體填充空電光裝置的方法，其中的電光裝置含有彼此分離但相互靠近的板，每塊板都具有方向向內的導電表面，板的四周由密封材料密封起來，密封材料將每塊板的表面封閉起來，該方法包括在空裝置的密封上開一個小孔；將空裝置連同盛有離子液體電解質溶液的容器一起放到某一隔室中；抽出隔室內的空氣；將空裝置浸沒到液體中，使密封上的開孔位于液體表面之下；將一部分液體至少加熱到40℃；使液體暴露在大于空裝置內部壓力的氣壓下，從而將熱的液體填充到裝置中；將裝置周邊密封上的開孔封閉起來。
全文摘要
本文涉及以熔鹽溶劑形式存在的可溶性雙功能氧化還原劑電解質溶液，這種電解質溶液可用來制備電光裝置，所制備的電光裝置對于紫外線輻射具有更好的穩(wěn)定性。溶劑中含有鋰離子或季銨陽離子以及全氟化磺酰亞胺類陰離子，其中全氟化磺酰亞胺類陰離子選自于三氟甲基磺酸根陰離子(CF
文檔編號C08F4/06GK1672094SQ03817384
公開日2005年9月21日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權日2002年6月21日
發(fā)明者本杰明·P·沃納, T·馬克·麥克斯凱, 安奧普·阿格沃, 約翰·P·克羅寧, 朱安·C·L·托阿齊, 安東尼·K·伯里爾 申請人:加利福尼亞大學董事會