[发明专利]一种柔性一体化电致变色器件及其制备方法

说明书

一种柔性一体化电致变色器件及其制备方法，属于电致变色技术领域。以柔性多孔尼龙基底为基底，将电致变色材料层及活泼金属层分别沉积在柔性基底两侧，并将凝胶电解质层填充在多孔结构中而得到的。器件不仅具有柔性化、轻型化、一体化特征，又能实现颜色变化显示器件的能量高低。同时变色响应灵敏。

技术领域

本发明涉及一种柔性一体化电致变色器件及其制备方法，属于电致变色技术领域。

背景技术

电致变色是指在施加一定的电压条件下，可逆的改变电致变色材料的光学性质(透过、吸收、反射等)的现象。近年来，电致变色和储能装置相结合技术受到广泛的关注，将电致变色特性和能量存储功能集成在一起，构成多功能电致变色器件，在信息显示，柔性电子，智能窗和红外军事伪装具有广泛的应用前景。考虑到未来人们对柔性可穿戴技术的需求，开发具有优良电致变色和储能特性的柔性电致变色器件至关重要。然而，目前传统柔性电致变色器件通常是通过多层材料独立堆叠而成，主要包括柔性透明导电基底、电致变色层、离子传输层(电解质)和离子存储层(或互补的电致变色材料)。与传统的多层器件结构相比，柔性一体化器件往往将多层材料集成一个柔性薄膜基底上，由于相邻层间的强附着力，其在机械变形下具有良好的柔性，能够适应复杂的非平面表面，并且具有极大的便携性，有着刚性装置所不具有的应用领域。另外，这种一体化电致变色器件还能实现颜色变化实时显示器件能量存储水平功能，极大推动了柔性可穿戴技术等相关领域的发展。

Huang等人(J.Mater.Chem.A,2019,7,15378)制备了基于聚苯胺材料一体化集成超级电致变色电容器，其中所有的器件组成，包括电流收集器，电极层和固态电解质，被集成在一个多孔柔性尼龙衬底上。该集成一体化器件具有高面积比容量(341.7mF cm^-2)，良好循环稳定性(6500圈)。除了优异的电化学性能外，在不同电位下，该器件可实现黄绿和深绿之间的变化，同时具有稳定可拉伸性。Niu等人(Adv.Mater.2021,33,2008140)报道了一种柔性超薄一体化锌离子电池。通过将聚苯胺/碳纳米管和锌纳米球/氧化石墨烯碳纳米管复合材料分别涂敷在聚酰亚胺基底上，并将PVA/Zn(CF₃SO₃)₂聚合物凝胶电解质涂覆在Zn/SWCNTs-RGO和PANI/SWCNTs薄膜表面，并渗透到其多孔网络结构中，形成一体化锌离子电池。其具有高可逆比容量(167.6mAh g^-1)，同时，经过1000次充放电循环后，仍保留了97.3％的比电容。因此通过设计集成一体化器件结构，将电致变色和能量存储特性的相结合研究，极大促进着电致变色技术朝着更轻型化，便携化和多功能化方向发展。因此，我们设计制备了一种能实现柔性一体化的电致变色器件，这对未来电致变色器件制造成本，优化制备工艺以及进一步拓展电致变色器件在信息显示、军事伪装等领域的应用都具有重要的研究意义。

发明内容

针对传统柔性电致变色器件结构复杂，难以实现一体化，轻型化等不足之处，本发明提供一种柔性一体化电致变色器件及其制备方法。本发明的柔性一体化电致变色件是以柔性多孔尼龙基底为基底，将电致变色材料层及活泼金属层分别沉积在柔性基底两侧，并将凝胶电解质层填充在多孔结构中而得到的。本发明的柔性一体化电致变色器件及其制备方法包括如下步骤：

(1)制备覆盖有金层的柔性多孔尼龙基底：通过采用热蒸镀的方法，在柔性多孔尼龙基底AB面两分别热蒸镀一层金层，从而得到覆盖有金层的柔性尼龙基底；

(2)制备活泼金属层：通过采用热蒸镀的方法，在步骤(1)中覆盖金层的柔性多孔尼龙基底的A面进行热蒸镀一层活泼金属层；

(3)制备电致变色层：采用电化学沉积法制备电致变色层，在三电极体系中，分别以B面覆盖有金层的尼龙多孔基底、铂片(Pt)和Ag/AgCl(3.5M KCl)作为工作电极、对电极和参比电极，采用恒电流法，在电解液为苯胺单体和质子酸的混合液中进行电化学沉积，在柔性多孔尼龙基底的B面金层上制备电致变色层；