[发明专利]基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件及制备方法和应用

说明书

一种基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件，所述电致变色器件为层状结构，所述层状结构自上而下依次为导电电极1、电致变色层、电解质层、离子储存层和导电电极2，导电电极1、导电电极2均为ITO透明电极，电致变色层为噻吩类聚合物，离子储存层为聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)，电解质层‑为聚丙烯酰胺基水凝胶电解质。以及提供了一种基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件的制备方法，并将其作为电解质层组装了电致变色器件。再提供基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件的应用。本发明制备步骤较少，同时以水作为溶剂减小对人体伤害，对环境友好，可重复性好，适合工业生产。

技术领域

本发明属于电致变色器件技术领域，尤其涉及一种基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件及制备方法和应用。

背景技术

电致变色(Eletrochromism)是指材料在外加电压的作用下，可以发生可逆的氧化还原反应，从而在可见光波长范围内使材料的光学性能产生稳定的可逆变化，在外观上则表现为颜色可逆变化的现象。将具有电致变色性能的材料和对应的离子导电层、离子存储层、电极组装在一起，便构成了具有显示功能的电致变色器件。近年来受到了许多国家的广泛关注，其应用领域主要有智能窗、电致变色显示器、智能调光汽车后视镜、军事伪装设备、电致变色储存器等。

典型的电致变色器件是由五层构成：透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层以及另一层透明导电层。其中，电解质层作为离子导电层，将电致变色层与离子储存层隔开，但又允许离子通过，它直接影响离子的扩散、嵌入/脱出速率，从而影响电致变色器件的性能。目前，电解质主要分为液态电解质、固态电解质和凝胶电解质。液态电解质离子导电率高，但组装电致变色器件时，往往存在化学性质不稳定、难以封装、使用中易泄漏等缺陷；固态电解质由于不含溶剂，封装后工作稳定性高，但其离子导电率较低，难以满足电致变色器件快速响应的要求，另外固体电解质与相近活性层的界面结合属于硬性结合，容易发生电解质与活性层的分离而造成器件失效；相比之下，凝胶电解质由于其离子导电性高、易于组装等优点，被广泛应用于电致变色器件。

水凝胶因具有与天然生物组织和细胞外基质结构类似的特性，同时还具有良好的透过率、优异的机械性能及良好的环境稳定性等优点受到广泛关注。近年来，水凝胶电解质因具有高的离子导电率、优异的力学性能等已在电化学器件、传感器领域得到初步的研究和应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件及其制备方法，开发一种基于聚丙烯酰胺的新型水凝胶电解质，其具有高透过率、高离子导电率和良好的电化学及环境稳定性，最终组装基于水凝胶电解质的电致变色器件；通过电场控制实现器件的不同变色效果和透过率的调节。因此，其在电致变色领域具有巨大的应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件，所述电致变色器件为层状结构，所述电致变色器件为层状结构，所述层状结构自上而下依次为导电电极1、电致变色层、电解质层、离子储存层和导电电极2，其中，导电电极1、导电电极2均为ITO透明电极，电致变色层为噻吩类聚合物，离子储存层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)，电解质层为聚丙烯酰胺基水凝胶电解质。

一种基于高性能水凝胶电解质的电致变色器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)高性能水凝胶电解质的制备：采用丙烯酰胺作为单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，过硫酸铵作为热引发剂，四甲基乙二胺作为催化剂，高氯酸锂作为电解质制备聚丙烯酰胺基高性能水凝胶电解质；

(2)电致变色层的制备：在三电极体系(含参比电极、辅助电极、工作电极)中，以设定浓度的二联噻吩三苯胺(TBTPA)、电解质、有机溶剂为电解液，以ITO透明电极为工作电极，采用恒电位聚合制备聚合物PTBTPA薄膜，用色谱级乙腈清洗，即得到电致变色层；