[发明专利]一种基于锂离子三维运动的电致变色器件及其应用

说明书

本发明涉及一种基于锂离子三维运动的电致变色器件及其应用。所述基于锂离子三维运动的电致变色器件包括上下两层透明电极层、以及位于所述上下两层透明电极层之间的电解质层和变色层；所述上下两层透明电极层之间连接第一外电路，用以提供初始化电压；所述上下两层透明电极层中与变色层相邻的透明电极层的两端连接第二外电路，用以提供横向工作电压。本发明的电致变色器件基于锂离子由电解质层注入到变色层，然后在变色层中迁移的三维运动实现智能调光，与传统三明治结构的电致变色器件相比，具有无需对电极层、器件的常关闭模式为着色态的特点，且制备工艺简单、成本低廉，在智能窗、显示器、文件加密以及变色眼镜等领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电致变色领域，尤其涉及一种基于锂离子三维运动的电致变色器件及其应用。

背景技术

电致变色材料是一种在外界电刺激下可以发生稳定可逆的颜色变化，同时具有光学调制能力的一种智能材料。以电致变色材料为核心层，匹配相应的电解质层和对电极层组装可以得到三明治结构的电致变色器件，它可以应用于建筑等的装配窗(也称智能窗)、显示器、文件加密以及变色眼镜等领域。

目前，电致变色器件常用的标准结构是由多种类型的材料集成类似电池的三明治结构，包括由沉积于两侧玻璃基板的透明导电材料，电致变色材料和电解质材料组成的5层结构，其结构可以表述为透明导电基板(TC)/电致变色层(EC)/电解质(EL)/对电极层(CE)/透明导电基板(TC)。受限于对电极层(CE)材料的稳定性问题，导致器件的循环寿命短，影响了电致变色器件的大范围商业化应用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，克服现有技术中的缺点和不足，提供一种基于锂离子三维运动的电致变色器件，其具有无需对电极层、结构简单、制备成本低廉的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于锂离子三维运动的电致变色器件，包括上下两层透明电极层、以及位于所述上下两层透明电极层之间的电解质层和变色层；所述上下两层透明电极层之间连接第一外电路，用以提供初始化电压；所述上下两层透明电极层中与变色层相邻的透明电极层的两端连接第二外电路，用以提供横向工作电压。

本发明的工作原理为：施加初始化电压，锂离子从电解质层注入至变色层，使得变色层均匀着色，透光率下降，变色层的该状态称为初始化状态，完成初始化后，撤去初始化电压，器件此时处于常关闭模式；施加横向工作电压，使锂离子往负电极一侧运动，使得变色层一部分区域透光率增大，为褪色态，另一部分区域透光率下降，为深着色态；撤去横向工作电压，变色层的深着色态区域往褪色态区域扩散，直到整个变色层处于均匀着色状态，器件回到常关闭模式。

相对于现有技术，本发明的电致变色器件基于锂离子由电解质层注入到变色层，然后在变色层中迁移的三维运动实现智能调光，与传统三明治结构的电致变色器件相比，具有无需对电极层(或离子储存层)的特点，从而避免对电极层材料不稳定的问题，提高器件寿命；本发明的电致变色器件还具有常关闭模式为着色态的特点，且制备工艺简单、成本低廉。

进一步地，所述上下两层透明电极层为透明导电氧化物薄膜、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜或银纳米线薄膜的一种或几种的复合。

进一步地，所述电解质层为凝胶态电解质层、全固态电解质层或液态电解质层。

进一步地，所述电解质层的厚度为100nm～2mm。

进一步地，所述变色层为电致变色金属氧化物薄膜。优选氧化钨、氧化钛或氧化钒薄膜。

进一步地，所述基于锂离子三维运动的电致变色器件还包括粘结剂，所述粘结剂设于上下两层透明电极层之间的相对空隙中，以实现封装。

本发明还提供了一种基于锂离子三维运动的电致变色器件的控制方法，包括以下步骤：