[发明专利]双稳态电致变色材料的制备方法及用于制备电致变色器件

说明书

本发明公开了一种双稳态电致变色材料的制备方法及用于制备电致变色器件，双稳态电致变色材料的制备方法由醌类物质和碱变色响应分子组成的氢键复合物，再与电解质混合构成电致变色材料。双稳态电致变色材料用于制备电致变色器件，电致变色器件的结构为第一电极、电致变色媒介、离子交换膜、辅助媒介、第二电极。本发明的电致变色器件具有好的电致变色性质和双稳态性质。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种双稳态电致变色材料的制备方法及用于制备电致变色器件。

背景技术

电致变色材料通常是指具有电控制其颜色变化的材料，通常这种颜色变化是因为物质在氧化还原后具有不同的颜色。然而通常电致变色器件需要持续的电压刺激才能实现材料保持其变色状态(对于加电褪色的电致变色器件，需要加电保持其褪色状态)。虽然有些电致变色材料具有记忆效应，即器件发生颜色变化后，器件的颜色缓慢褪去，可以施加脉冲电压使器件的颜色保持，但是通常这种记忆效应的保持时间都不长，并且施加脉冲电压也需要消耗很多电能。

双稳态电致变色材料是指电致变色材料在两种或者多种颜色状态的颜色都能够在没有外加电压的条件下很好的保持，只有在两种颜色之间相互切换的时候需要消耗电能。双稳态是指材料两种状态都能够稳定存在，材料在透明态时，在没有外加电压的条件下，材料也不会自发地着色。在着色态时，在没有外加电压的刺激下，材料也不会自发地褪色。

双稳态电致变色器件是近年来新提出的一种新型节能电致变色器件，因此相关研究还比较少。Energy Environ.Sci.,2016,9,117-122，Kim课题组在2016年提出了一种用聚噻吩聚合物制造双稳态电致变色材料的方法。聚噻吩型电致变色材料在电的刺激下是由着色状态变为透明状态。他们在聚合物链上修饰不同取代基，降低其HOMO(最高电子占有轨道)能级，解决了材料在没有外加电压的条件下自发地褪色的问题。利用具有大离子半径的离子液体解决了电致变色材料在加电褪色后，在没有外加电压继续刺激下，器件自动着色的问题。得到的电致变色器件的双稳态可以保持30分钟以上，但是器件的工作电压高达2.8V，器件可逆性不好。随后又在Adv.Funct.Mater.2017,27,1701192文章中报道了利用二氧化钛纳米粒子作为粒子储层层增加了器件的可逆性，降低了器件的工作电压。

McGehee课题组报道了通过金属电沉积的方法制作黑色的双稳态电致变色器件。ACS Energy Lett.2018,3,104-111文章通过在工作电极上组装上一层铂纳米粒子，可以使金属电沉积具有更均匀的晶核。通过铋和铜离子共沉积的方法可以大大加快铜离子的沉积速度，改变铜离子沉积后的形貌。并且仅用铜离子沉积产生的颜色是红色的，而使用铋和铜共沉积的颜色是黑色，更适用于电致变色窗。器件的工作电极应用透明的ITO电极，对电极位于电致变色器件的边框位置，应用铜金属电极。在电压开始施加后，铜离子和铋离子沉积到ITO表面，而金属铜电极氧化产生新的铜离子。当相反的电压施加时，ITO表面沉积的金属层再被氧化掉而恢复透明的状态，由此制备了一个5cm×5cm的电致变色器件。该器件具有小于60秒的响应速度，1000圈的可逆性，最重要的是器件具有很好的双稳态性质，双稳态保持时间可以达到一天。但是这种电致变色材料也还具有一定的问题需要进一步的提高，例如金属电极在器件的四周，使器件中间位置距离对电极太远，可能会导致器件中间和四周沉积的速度有差别。