[发明专利]一种基于纳米粒子的电致变色器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电致变色器件，尤其是一种基于纳米材料的电致变色器件。

背景技术

电致变色（Electrochromism）是指材料在外加电场的作用下，在紫外、可见或近红外区域的光学属性（如透射率、反射率或吸收率）产生稳定的可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。1969年，S．K．Deb(Deb,S.K.Appl.Opt.Suppl.1969，3，192-195.)首次使用无定形WO₃薄膜制备了电致变色器件，并提出了一种基于氧原子空位缺陷的变色机理，打开了电致变色研究的大门。从此以后，有关新型电致变色材料的合成和各种电致变色器件的制备的研究日益活跃。随后美国科学家C.M.Lampert和瑞典科学家C.G.Granqvist等人提出了以电致变色薄膜为基础的一种新型节能窗，能够根据人的主观需要调节其颜色和透明度，即智能窗户（Smart window），促使电致变色从实验室研究走向工业应用，如建筑物玻璃、汽车挡风玻璃、飞机和火车窗户、显示器等。

电致变色材料分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无极电致变色材料的典型代表是三氧化钨，而有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物等。目前，以WO₃为功能材料的电致变色器件已经开始产业化。纳米材料由于其特殊的性能，在电致变色中的研究逐渐增加和深化。然而，由于在材料合成和薄膜制备等方面的技术困难，其发展受到限制。如何制备厚度均匀的薄膜是其中的一个关键步骤，例如真空物理沉积晶态或无定形WO₃薄膜，采用电沉积无定形WO₃薄膜或直接电沉积WO₃纳米晶体。这些方法有些需要昂贵的设备，有些工艺复杂冗长，不易控制，消耗较多的电能，而且还局限于一种或几种特殊的材料，这些因素极大限制了纳米材料在电致变色中的应用。

发明内容

本专利提出了一种直接采用纳米材料制备电致变色器件的方法，可以适用于多种纳米材料如以WO₃纳米颗粒或纳米晶体为代表的无机金属氧化物，以PEDOT纳米颗粒为代表的有机电致变色材料。这种方法所需设备简单，程序较少，工艺可靠，成本较低，能够实现直接采用纳米晶体为原材料制备电致变色器件，而且适合工业化大规模生产。

本发明还提供了一种直接采用纳米材料制备的电致变色器件。这种电致变色器件以现成的纳米材料为原材料采用所述的方法制备薄膜，辅助进一步的表面处理，能够充分展现这些纳米材料本身的特性，例如不改变晶体结构，薄膜内部结构多孔，比表面积大。所以这种电致变色器件具有变色较快，变色效率高和重复变色次数多的优点。这种制备电致变色器件薄膜的方法还有一个独特的优点，就是便于制备两种或多种不同纳米材料混合的薄膜，其中混合的比例是任意的，这就意味着这种方法为制备性能更加优异的混合纳米粒子薄膜提供了一种可行的途径。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于纳米粒子的电致变色器件，所述器件包括七层结构，依次为第一衬底层（a）、第一导电电极层（b）、离子储存层（c）、离子导电层（d）、电致变色层（e）、第二导电电极层（f）、第二衬底层（g），其特征在于：

所述电致变色层（e)采用具有电致变色特性的纳米粒子材料并采用滤膜真空过滤法制备而成，其中所述纳米粒子材料包括各种纳米颗粒、纳米棒、纳米线、或纳米管；

其中，上述器件有七层结构按图1所示顺序组合，在离子导电层（d）两侧分别为电致变色层（e）和离子储存层（c），在离子储存层（c）的外侧依次为第一导电电极层（b）、第一衬底层（a），在电致变色层（e）外侧依次为第二导电电极层（f）、第二衬底层（g）。在上述第一和第二导电电极层之间加上正负交替的可变电压来实现变色层薄膜可逆的色彩和透明度的变化。

进一步地，该电致变色器件经过分层制备，后续密闭封装而成。

进一步地，所述电致变色层（e）是完整的薄膜或者是具有图案的薄膜。

进一步地，在电致变色层（e）两侧的多层结构中，至少有一侧是透明的，第一衬底层(a)和第二衬底层(g)采用玻璃或者塑料制成。

进一步地，在电致变色层（e）、离子导电层（d）和离子储存层（c）四周具有绝缘封装保护层（h）。

进一步地，第一导电电极层（b）和离子储存层（c）合并成一层。

进一步地，所述的器件结构中还包括保护层、绝缘层或图文层。