一种电致变色玻璃的制作方法

专利名称:一种电致变色玻璃的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了属于建筑材料技术领域的一种电致变色玻璃。该电致变色玻璃包括第一电极组件、第二电极组件和离子导体层，第一电极组件包括第一导电玻璃基底以及设置在第一导电玻璃基底上的电致变色层，第二电极组件包括第二导电玻璃基底以及设置在第二导电玻璃基底上的离子储存层，第一电极组件与第二电极组件之间夹设离子导体层，第一电极组件中设置电致变色层的一面朝向离子导体层、第二电极组件中设置离子储存层的一面朝向离子导体层。该电致变色玻璃可推动在第一、第二导电玻璃基底上分别制备电致变色层和离子储存层的商品化进程，固体电解质薄膜作为单独产品，让电致变色玻璃以夹胶的形式在大规模生产，加工更加方便，有效降低生产成本。
【专利说明】
一种电致变色玻璃
技术领域
[0001]本实用新型属于建筑材料技术领域，特别涉及一种电致变色玻璃。
【背景技术】
[0002]预计2030年我国建筑物能耗将达到全社会总能耗40%左右，而建筑物能耗的30-50%是由窗户流失。节能、舒适的绿色智能建筑材料电致变色玻璃成为降低建筑物能耗的首选。当前被广泛接受的电致变色玻璃为“玻璃I透明导电层(TC) I电致变色层(EC) I离子导体层(IC) I离子储存层(IS) I透明导电层(TC) I玻璃”夹层结构。在这其中发生电致变色的主要功能部位是电致变色层，离子导体层的作用主要是为离子在电致变色层与离子储存层之间往返迀移提供传输通道，而对于离子储存层来说，其主要作用是提供和储存电致变色层变色所需要的离子，从而起到平衡电荷的作用。离子导体层即电解质层的性能较大地影响电致变色玻璃的使用寿命与效果。目前电致变色玻璃各膜层材料的研究中，电致变色层材料的研究最早也最广泛，对离子储存材料的研究则相对较少。
[0003]由聚合物和盐构成的聚合物凝胶电解质因不必封装液体、避免漏液和安全性能高等优势，引起了国内外深入的探索。近40多年来很多学者对聚合物凝胶电解质进行了大量的探究，并且取得了不错的进展。对聚合物凝胶电解质所做的探究主要集中在两大方面:
(I)设计不同结构的电解质，比如梳状结构的聚合物电解质、交联网络构造电解质、超支化聚合物电解质以及共混改性电解质等，要有较好的机械性能、较好的可加工性和化学稳定性。(2)努力提高离子电导率，首先要搞清在聚合物基体中离子传导及导电的原理，如碱金属盐在电解质中的游离、结合状态，影响离子电导率的因素，导电模型和机理等。聚合物凝胶电解质能够普遍使用在多种领域，但是在常温情况下聚合物电解质离子电导率较低，还达不到实际使用时的需求，所以提高聚合物电解质的离子电导率成为该系统在实践中应用的一个关键问题。根据聚合物凝胶电解质的导电原理，为了增大离子电导率，在设计合成聚合物凝胶电解质时，最主要的从聚合物基体、碱金属盐、添加剂这三方面进行探究。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种电致变色玻璃，通过设置单独成型的离子导电聚合物电解质薄膜作为离子导体层来制备电致变色玻璃，使得玻璃深加工企业可进行凝胶态电解质层的夹胶形式制作电致变色玻璃，方法简单、合适大面积成膜，进一步推动大面积生产电致变色玻璃的进程。
[0005]本实用新型提供一种电致变色玻璃，其特征在于:包括第一电极组件、第二电极组件和离子导体层，所述第一电极组件包括第一导电玻璃基底以及设置在所述第一导电玻璃基底上的电致变色层，所述第二电极组件包括第二导电玻璃基底以及设置在所述第二导电玻璃基底上的离子储存层，所述第一电极组件与所述第二电极组件之间夹设所述离子导体层，所述第一电极组件中设置电致变色层的一面朝向所述离子导体层、所述第二电极组件中设置离子储存层的一面朝向所述离子导体层。
[0006]例如，所述第一电极组件、所述第二电极组件以及夹设在其间的所述离子导体层形成三明治结构，所述第一电极组件、所述离子导体层和所述第二电极组件构成一个整体。
[0007]例如，所述第一电极组件、所述离子导体层和所述第二电极组件通过环氧树脂进行边缘包封。
[0008]例如，所述电致变色层包括掺杂石墨烯的WO3薄膜，所述离子储存层包括掺杂Ti的V2O5薄膜。
[0009]例如，所述电致变色层包括掺杂0.05的％石墨烯的WO3薄膜，所述离子储存层包括掺杂0.3wt % Ti的V2O5薄膜。
[0010]例如，所述离子导体层包括离子导电聚合物电解质薄膜。
[0011]例如，所述离子导体层材质包括掺杂聚碳酸酯(PC)和T12的聚氧化乙烯(PEO)/聚偏氟乙烯(PVDF)/高氯酸锂(LiClO4)薄膜。
[0012]例如，所述第一导电玻璃基底和所述第二导电玻璃基底均为ITO(氧化铟锡)导电玻璃基底。
[0013]例如，所述电致变色层厚度为90?120nm，所述离子储存层厚度为90?120nm，所述离子导体层厚度为130?180μηι。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型提供的电致变色玻璃，工艺简单、过程可控、大面积生产，可将聚合物电解质单独成膜作为电致变色玻璃的离子导体层。可促进在导电玻璃(例如，ITO玻璃)制造厂商可以在导电玻璃上制备电致变色层或者离子储存层作为独立商品出售。可促进玻璃深加工企业将独立商品的导电玻璃基底/电致变色层、导电玻璃基底/离子储存层、聚合物电解质膜三者的“三明治”形式的组装，大力发展电致变色玻璃的商品化进程。另外本实用新型提高了资源、能源的有效利用率，而且安全环保无污染，对发展节能环保产业和建筑材料等产业技术有重要现实意义。
[0015]以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
【附图说明】

[0016]图1为本实用新型实施例1提供的电致变色玻璃示意图；
[0017]图2是图1的分解图；
[0018]图中标号:
[0019]1-第一导电玻璃基底;2-电致变色层;3-离子导体层;4-离子储存层;5-第二导电玻璃基底;12-第一电极组件;45-第二电极组件。
【具体实施方式】
[0020]聚合物凝胶电解质大多数以聚氧化乙烯(PEO)及其衍生物为基体，但PEO结晶度高而导致室温下PEO/锂盐聚合物电解质的电导率低，限制了其在电致变色玻璃中的应用。如何提高室温下PEO/锂盐的电导率，成为近年来研究的热点课题之一。提高PEO/锂盐电导率的方法，一是掺杂无机粒子抑制高分子结晶，使基体的无定形区扩张来提高其电导率，掺杂无机粒子包括纳米S12和纳米T12等。另一种是通过添加增塑剂降低聚合物的结晶度和玻璃化转变温度，增加非晶区域含量，进而提高电导率，如添加增塑剂聚碳酸酯(PC)和聚乙二醇二甲醚(PEGDME)等，增塑剂和纳米无机粒子共同混合作用于PEO/锂盐的研究很少。目前的聚合物电解质膜是在电致变色层或者离子储存层上进行涂敷的，需要生产厂家必须完成电致变色层、离子导体层和离子储存层三层材料的制备，需要生产厂家具有雄厚的科研和生产实力，这抑制了电致变色玻璃的发展。
[0021]以下将结合附图及【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
[0022]实施例1
[0023]一种电致变色玻璃，如图1、2所示，包括第一电极组件12、第二电极组件45和离子导体层3，第一电极组件12包括第一导电玻璃基底I以及设置在第一导电玻璃基底I上的电致变色层2，第二电极组件45包括第二导电玻璃基底5以及设置在第二导电玻璃基底5上的离子储存层4，第一电极组件12与第二电极组件45之间夹设离子导体层3，第一电极组件12中设置电致变色层2的一面朝向离子导体层3、第二电极组件45中设置离子储存层4的一面朝向离子导体层3。
[0024]例如，离子导体层3设置在电致变色层2和离子储存层4之间。
[0025]例如，第一电极组件12、第二电极组件45以及夹设在其间的离子导体层3形成三明治结构，第一电极组件12、离子导体层3和第二电极组件45构成一个整体。
[0026]例如，第一电极组件12、离子导体层3和第二电极组件45通过环氧树脂进行边缘包封。
[0027]例如，电致变色层2包括掺杂石墨烯的WO3薄膜，离子储存层包括掺杂Ti的V2O5薄膜。
[0028]例如，电致变色层2包括掺杂0.05wt %石墨烯的WO3薄膜，离子储存层包括掺杂
0.3wt % Ti 的V2O5薄膜。
[0029]例如，离子导体层3包括离子导电聚合物电解质薄膜。
[0030]例如，离子导体层3材质包括掺杂聚碳酸酯(PC)和T12的聚氧化乙烯(PEO)/聚偏氟乙烯(PVDF)/高氯酸锂(LiClO4)薄膜。
[0031]例如，第一导电玻璃基底I和第二导电玻璃基底5均为ITO(氧化铟锡)导电玻璃基底。
[0032]例如，电致变色层2厚度为90?120nm，离子储存层4厚度为90?120nm，离子导体层3厚度为130?180μπι。
[0033]进一步给出，电致变色层厚度优选100?120nm。
[0034]进一步给出，离子储存层厚度优选100?120nm。
[0035]进一步给出，离子导体层厚度优选150?180μπι。
[0036]例如，电致变色层厚度为105nm。离子储存层厚度为110nm。离子导体层厚度为157μmD
[0037]例如，电致变色层厚度为lOOnm。离子储存层厚度为108nm。离子导体层厚度为164μmD
[0038]例如，第一导电玻璃基底、电致变色层、离子导体层、离子储存层以及第二导电玻璃基底构成一个整体。
[0039]例如，第一电极组件12和第二电极组件45可分别作为阴极和阳极。
[0040]例如，本实用新型给出的电致变色玻璃可采用如下方法制备，但不限于此。
[0041 ]例如，分别制备石墨烯/WO3溶胶镀膜液、T12-V2O5溶胶镀膜液，采用旋转涂覆法在第一导电玻璃基底上涂覆了石墨烯/WO3薄膜电致变色层、TVV2O5薄膜离子储存层，薄膜与玻璃基体之间有很好的结合性;采用流延成型法制备独立的离子导体层PE0/PVDF/LiC104/PC/Ti02离子导电聚合物电解质薄膜，薄膜透明性和柔韧性好，可大面积成膜。
[0042]例如，第一导电玻璃基底和第二导电玻璃基底分别为电致变色层和离子储存层的基体，使用前必须进行清洗，在倒有洗洁剂的水中进行超声清洗清洗5min，用蒸馏水冲洗干净后在乙醇溶液中浸泡I Omin，然后在乙醇溶液中超声清洗I Omin，用蒸馏水冲洗干净，最后在蒸馏水中超声清洗5min。然后将玻璃基片取出浸泡在乙醇溶液中待用。
[0043]例如，石墨烯/WO3薄膜电致变色层采用溶胶凝胶法制备，称取石墨烯置入无水乙醇中，超声30min，得到0.5g/L的棕黑色悬浮液，记为G0/Et0H，加入以双氧水和钨粉为原料制备的透明橘红色的钨酸溶液搅拌，形成石墨烯/WO3溶胶镀膜液，采用匀胶机将石墨烯/WO3溶胶镀膜液旋转镀膜于第一导电玻璃基底上。
[0044]例如，离子储存层Ti/V205薄膜首先采用熔融淬冷法制备V2O5溶胶，具体步骤为:称取分析纯V2O5粉末，将其置于坩锅中，然后放入高温炉中缓慢升温至850°C并保温15min，使其充分熔融，然后取出迅速倒入盛有200mL蒸馏水的烧杯中，并在磁力搅拌器上剧烈搅拌Imin后，将其置于70 °C水浴锅中加热搅拌30min使其充分溶解。然后将其取出于室温下继续搅拌6h，最后将其过滤陈化，静置I周待用。采用溶胶凝胶法以四氯化钛为原料制备过氧钛酸溶液;将V2O5溶胶与过氧钛酸溶液在磁力搅拌器上充分搅拌获得均匀的混合溶胶，然后将混合溶胶倒入水热反应釜中，在烘箱中于100 °C保温12h，从而得到可以较长时间稳定存在的(Ti02)0.3-V205复合溶胶镀膜液，采用匀胶机将(Ti02)0.3-V205复合溶胶镀膜液旋转镀膜于第二导电玻璃基底上。
[0045]例如，上述的旋转镀膜都为2层，第一层先采用一级匀胶程序，再采用二级匀胶程序制备第二层。一级勾胶程序采用转速800rod/min，时间1s，二级勾胶程序采用转速2000rod/min，时间30s。先旋涂第一层溶胶镀膜液，旋涂完毕后置于150 V的真空烘箱内干燥30min，再置于箱式电阻炉内，以3°C/min的升温速度升至380°C保温lh，自然冷却至室温。
[0046]例如，离子导体层PE0/PVDF/LiC104/PC/Ti02离子导电聚合物电解质薄膜采用流延法制备，PEO和PVDF按照19:1?3:1共混，加入到装有DMAC (二甲基乙酰胺)溶剂的容器中搅拌溶解成为0.08g/ml?0.12g/ml溶液，然后添加LiC104(与PE0/PVDF量的关系是1:5?1:25)、增塑剂PC(占PE0/PVDF/LiC104总质量的O?50% )、纳米Ti02(占PE0/PVDF/LiC104总质量2?14%)，在一定温度下磁力搅拌2?5h得到铸膜液，常压下静置脱泡12?15h，将脱泡铸膜液倒在聚四氟乙烯模板，延流成膜，将聚四氟乙烯模板置于35°C烘箱中烘干得到PEO/PVDF/LiC104/PC/Ti02离子导电聚合物电解质薄膜。例如，制得的PE0/PVDF/LiC104/PC/Ti02离子导电聚合物电解质薄膜的离子电导率为1.04 X 10—4S/cm。
[0047]例如，将第一电极组件(作为电致变色层的掺入0.05wt%石墨烯WO3薄膜覆盖第一导电玻璃基底，可构成第一电极组件)做阴极，以PE0/PVDF/LiC104/PC/Ti02离子导电聚合物电解质薄膜作为离子导体层，以第二电极组件(作为离子储存层的掺入0.3%Ti的V2O5薄膜覆盖第二导电玻璃基底，可构成第二电极组件)做阳极，依次叠加为“三明治”形式复合在一起。还可通过环氧树脂进行边缘包封，组装成为具有电致变色性能的玻璃器件。
[0048]本实用新型给出的电致玻璃，可利用流延成形将离子导体层(例如，聚合物电解质膜)单独成膜，可以与在第一导电玻璃基底上沉积的电致变色层和第二导电玻璃基底上沉积的离子储存层形成“三明治”形式复合在一起，进而组装出电致变色玻璃。
[0049]例如，本实用新型的电致变色玻璃在5?7V直流驱动电压下，在250-800nm可见光波长范围内，玻璃着色透光率为65?80%，退色透光率24?30%，响应时间为1.7?2.0min，可以满足应用要求。本实用新型提供的实用新型工艺简单、过程可控、可大面积生产，可将聚合物电解质单独成膜作为电致变色玻璃的离子导体层。可促进在导电玻璃基底(例如，ITO玻璃)制造厂商可以在第一导电玻璃基底上分别制备电致变色层，在第二导电玻璃基底上制备离子储存层，可将其作为独立商品出售。可促进玻璃深加工企业将独立商品的第一导电玻璃/电致变色层、第二导电玻璃/离子储存层、离子导体层(例如，聚合物电解质)膜三者的“三明治”形式的组装，大力发展电致变色玻璃的商品化进程。
[0050]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种电致变色玻璃，其特征在于:包括第一电极组件、第二电极组件和离子导体层，所述第一电极组件包括第一导电玻璃基底以及设置在所述第一导电玻璃基底上的电致变色层，所述第二电极组件包括第二导电玻璃基底以及设置在所述第二导电玻璃基底上的离子储存层，所述第一电极组件与所述第二电极组件之间夹设所述离子导体层，所述第一电极组件中设置电致变色层的一面朝向所述离子导体层、所述第二电极组件中设置离子储存层的一面朝向所述离子导体层。2.根据权利要求1所述的电致变色玻璃，其特征在于:所述第一电极组件、所述第二电极组件以及夹设在其间的所述离子导体层形成三明治结构，所述第一电极组件、所述离子导体层和所述第二电极组件构成一个整体。3.根据权利要求1或2所述的电致变色玻璃，其特征在于:所述第一电极组件、所述离子导体层和所述第二电极组件通过环氧树脂进行边缘包封。4.根据权利要求1所述的电致变色玻璃，其特征在于:所述离子导体层包括离子导电聚合物电解质薄膜。5.根据权利要求1所述的电致变色玻璃，其特征在于:所述第一导电玻璃基底和所述第二导电玻璃基底均为氧化铟锡导电玻璃基底。6.根据权利要求1所述的电致变色玻璃，其特征在于:所述电致变色层厚度为90?120nm，所述离子储存层厚度为90?120nm，所述离子导体层厚度为130?180μηιο
【文档编号】G02F1/15GK205721012SQ201620130734
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】付亚东, 梁小平, 耿振搏, 陈鹏, 李亚娟, 徐彩云, 张得全, 张颖策, 王科翔
【申请人】天津耀皮工程玻璃有限公司, 天津工业大学