[发明专利]全固态高分子可控电致变色柔性薄膜器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变色柔性薄膜器件及其制造方法。

背景技术

电致变色材料是指在外接电压或者电流的驱动下，材料的光学性能(透射率、反射率等)在可见光、红外及紫外光范围内产生稳定的可逆变化。在外观上，电致变色材料表现为着色及退色的可逆变化，俗称智能窗或变色窗。电致变色材料分为无机变色材料(例如氧化钨，氧化镍，氧化铑，氧化钴等)和有机变色材料(例如紫精类，稀土酞箐，吡嗪类，吩噻嗪类等)。无机电致变色材料开发的较早，主要集中在过渡金属氧化物，这些过渡金属氧化物通过离子(例如Li+，Na+等)和电子的共注入和共抽出，使其化学价态或晶体结构发生变化，从而实现着色和退色的可逆变化；由于离子扩散比较慢，所以这类无机电致变色材料响应速度要大大低于有机电致变色材料响应速度。例如，三氧化钨薄膜(WO₃)是无机电致变色材料中最常用的一种。但是，即使用于小面积装置上，其变色时间也长达10秒以上。而且目前无机电致变色材料的制备工艺主要为真空蒸发，离子镀和湿化学法等，这些制备工艺无不导致无机电变色器件加工上的困难和成本的高昂。

与无机电致变色材料相反，有机高分子电致变色材料开发的较晚，但由于易于加工的特点，有机高分子电致变色材料已成为最有前途的电致变色材料之一。有机高分子电致变色材料主要通过得失电子发生的氧化还原反应实现着色和退色的可逆变化。它的变色速度可以达到飞秒(千万亿分之一秒)，可以满足显示器的响应速度的要求。同时高分子电致变色材料较无机电致变色材料更具有以下几方面优势：很小的开关电压(1-5V)就能满足工作需要；很高的透光对比度(50-60％)；通过调节电压，可以对器件的透光度进行控制；长时间的使用寿命(1-10万次开关)；长时间的光学记忆功能，仅在变色时才需要电流的驱动，一旦达到所需要的透光度，电变色器件能够保持这种状态而不需要电流的输入。

当前大多数高分子电致变色器件都是以导电玻璃(ITO glass)作为基材，以液态或半液态胶状电解质作为离子传导层。这种器件结构的缺点在于：1、当以导电玻璃为基材制造大尺寸高分子电致变色器件(如大于30cmx30cm)，会导致生产成本高昂，器件的制造工艺变得复杂，不利于大规模的工业化生产。2、以液态或半液态胶状电解质作为离子导电层的高分子电致变色器件在长期使用的过程中，电解质有泄漏的危险；而且，空气中的水分和氧气会造成电解质失效，所以在液态或半液态胶状电解质制备、储存和器件的封装过程中，要求无水无氧；这就进一步增加了生产成本和生产工艺的复杂性。高分子电致变色器件面临的另一个难题是，高分子变色层和离子吸收层几乎都是以电聚合或电泳吸附的方式涂覆到导电玻璃表面的。随着所要制备的器材尺寸的增加，由于导电玻璃的表面电阻很大(通常大于1Ω/□)，电聚合电压在导电玻璃表面沿纵向递减，高分子变色层和离子吸收层会出现厚薄不均，甚至无法聚合的现象。因此高分子电致变色器件在尺寸上受到限制，极大地影响了其应用的范围。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种全固态高分子可控电致变色柔性薄膜器件及其制造方法。它以固态高分子聚合电解质为离子导电层，有效地解决了液态或半液态胶状电解质容易泄漏，以及制备、储存和器件封装工艺复杂的难题。

本发明的技术方案是这样得以实现的：一种全固态高分子可控电致变色柔性薄膜器件，其特点是：它由五层薄膜结构组成：第一层为透明导电聚酯膜，第二层为高分子电致变色层，第三层为离子导电层，第四层为离子吸收层，第五层为透明导电聚酯膜。

一种全固态高分子可控电致变色柔性薄膜器件的制造方法，其特点是：将已经调节过粘度的电解质溶液，涂覆在分别固化了高分子电致变色层和离子吸收层的透明导电聚酯膜之间，经过挤压平整成型，再经过紫外光照射，电解质溶液发生聚合反应，固化为固态高分子聚合电解质，并将固化了高分子电致变色层和离子吸收层的透明导电聚酯膜紧密的连接在一起，在器件周边涂覆可被紫外光固化的树脂，再经过紫外光照射固化，将器件密封。

本发明解决了高分子电致变色器件难以大型化的难题，提供了高分子电致变色器件中高分子变色层的涂覆方法，离子吸收层的制备和涂覆方法以及器件的制备和封装方法。本发明是以导电聚酯膜(ITO PET)为基材，相对导电玻璃而言，它具有成本低，生产工艺简单，可以进行连续的卷对卷(roll to roll)工业化生产的优势。由于电致变色其器件具有控光、节能、低耗等特点，同时本发明又是以透明导电聚酯膜为基材，使得器件厚度仅为0.3-0.6mm。因此拥有极其广泛的用途：如可贴附于车辆和飞机的窗户、天窗、建筑门窗、护目镜上。可制成各种柔性薄膜显示器等。

附图说明