[发明专利]基于氧化还原开关效应的电致变色材料

说明书

本发明涉及基于氧化还原开关效应的电致变色材料，具体是指由含有内酯环的隐色材料、具有氧化还原开关效应的化合物、电解质材料与溶剂所组成的电致变色溶液，或由含有内酯环的隐色材料、具有氧化还原开关效应的化合物、电解质材料、溶剂和高分子聚合物所组成的电致变色凝胶。该电致变色材料可用于电致变色显示、电致变色玻璃、电致变色膜、汽车电致变色防眩目后视镜、电致变色装饰用品、电致变色防伪等领域。

技术领域

本发明涉及基于氧化还原开关效应的电致变色材料，具体是指由含有内酯环的隐色材料、具有氧化还原开关效应的化合物、电解质材料与溶剂所组成的电致变色溶液，或由含有内酯环的隐色材料、具有氧化还原开关效应的化合物、电解质材料、溶剂和高分子聚合物所组成的电致变色凝胶。

背景技术

电致变色是指材料的光学性能，如：颜色、透光率、反射率等，在外加电场作用下发生稳定、可逆变化的现象。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，以电致变色材料作为功能材料的器件称为电致变色器件。

电致变色器件在电致变色玻璃、汽车变色天幕、防眩目后视镜、电致变色眼镜、电致变色护目镜、电致变色标签、电致变色防伪标识、工艺品动态显示、小型摄像头遮蔽器件、手机动态外壳等领域也不断得到推广使用。但目前使用的电致变色材料，主要为过渡金属氧化物、具有氧化还原性能的有机小分子、具有氧化还原性能的导电高分子。以过渡金属氧化物作为电致变色材料制备电致变色器件，具有生产成本高、响应时间偏慢等缺点；以具有氧化还原性能的导电高分子作为电致变色材料制备的电致变色器件，在成膜和使用寿命方面都面临各种问题；作为目前得到最广泛应用的电致变色器件——汽车电致变色防眩目后视镜，由于普遍使用有毒性的紫精作为电致变色材料，在使用过程中存在不安全因素。以上这些因素部在一定程度上限制了电致变色技术的发展、限制了各种电致变色器件的大规模推广使用。

因此，寻找新型的具有电致变色性能的材料或新型的具有电致变色性能的器件技术，已经成为电致变色技术领域的亟待解决的问题。

荧烷是较早使用的一类隐色染料，最早用于纺织染布，后来发现其具有压/热敏变色的性质，在复写、打印领域得到广泛应用。荧烷分子的母体环上可以通过连接不同的取代基，如烷基、烷基取代氨基、氨基、羟基、卤素、烷氧基、芳香基、酰基、苯并环、杂环等，得到能在显色剂作用下呈现不同颜色的荧烷染料。通常，荧烷染料本身为无色或浅色，其分子中的共轭体系中断，在酸或其他显色剂的作用下，荧烷分子中心碳原子构成的内酯环打开形成大的共轭结构而显色。而且荧烷染料的显色反应是可逆的，在显色的荧烷体系中，加入碱或有供电子体的化合物时，显色反应向逆反应方向进行，荧烷分子中的内酯环闭环，恢复为原来的无色或浅色。

荧烷染料的这些特殊性能引起了一些研究人员的注意，并用来作为电致变色材料来研究。但目前现有的学术文献和专利的申请中，对于荧烷染料用作电致变色器件的研究，都是基于“电致酸碱理论”，即利用对苯醌、对苯二酚、对苯二胺衍生物、芳香胺取代的脲类衍生物等在电场作用下接受电子后解离出H⁺或碱，使荧烷染料显色和隐色，所采用的器件结构相对比较复杂，能产生电致酸或电致碱的化合物稳定性相对较差。

二茂铁及其衍生物，是一类具有芳香族性质的有机过渡金属化合物，与酸、碱、紫外线不发生作用，化学性质稳定，并具有高度热稳定性，在工业、农业、医药、航天、节能、环保等行业具有广泛的应用。二茂铁基团具有可逆的氧化还原特性，有可能通过可逆的电化学反应来控制其他物质的光化学特性，实现氧化还原开关效应，这类氧化还原开关材料在电致变色、光电记忆和光电通讯等领域具有较大的应用价值。

我们在研究中发现：二茂铁及部分二茂铁的衍生物，其本身不能使荧烷染料显色，或者只能使荧烷染料显现比较浅的颜色，但二茂铁及部分二茂铁的衍生物的氧化态对荧烷染料具有很强的显色效应。

关于利用二茂铁及其衍生物的氧化还原开关效应，通过二茂铁及其衍生物的电化学氧化和还原，使含有内酯环的隐色材料显色和隐色方面的技术，我们之前有做过一些相关的研究，但之前的研究的隐色材料的种类和颜色偏少。

发明内容