一种电致变色艺术服装面料及其制备方法与应用

1.本发明属于电致变色技术领域，具体涉及一种电致变色艺术服装面料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.电致变色技术的发展极大得丰富了人们的生活，使得人们可以根据意愿改变物品的外观颜色，同时达到节能、遮光、美化和信息显示等诸多效果。电致变色的原理在于：通过电场调控材料自身氧化还原状态，材料核心原子的电子云形状发生改变，光子穿过这些材料时被选择性吸收，从而引起颜色变化。
3.传统电致变色技术已经被广泛应用于智能窗、汽车挡风玻璃、汽车后视镜、被动显示、电子标签、太阳眼镜等诸多领域。在这些应用场景中，电致变色器件通常被设计成一个叠层(导电层、电致变色层、离子传输层、离子存储层、导电层)器件结构，根据衬底材质柔韧性不同而又可以分为刚性电致变色器件和柔性电致变色器件。
4.随着人们对生活品质追求的提升，个性化和多样化的服装成为人们时尚潮流的选择。电致变色技术的推广有望给时尚服装带来新的发展契机。然而已有的玻璃电致变色技术基本无法很好地迁移应用于已有的服装，存在服饰厚重、不美观等不良效果。如何平衡好服装基础穿着功能和电致变色功能是电致变色服饰发展亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种电致变色艺术服装面料的制备方法。
6.本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种电致变色艺术服装面料。
7.本发明的再一目的在于提供上述一种电致变色艺术服装面料。
8.本发明目的通过以下技术方案实现：
9.一种电致变色艺术服装面料的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将布料在银纳米线溶液中浸泡一段时间后，取出并用水清洗，再置于银纳米线溶液中重复浸泡和清洗的操作多次，干燥，得到导电布料；
11.(2)将水相电致变色材料和有机相导电高分子材料溶于水中得到电致变色染料乳液；
12.(3)将电致变色染料乳液丝印于步骤(1)的导电布料表面，然后于潮湿环境中放置一段时间，使导电高分子材料和电致变色材料上下分层，形成界面，得到电致变色印染层，干燥后，得到电致变色艺术服装面料。
13.优选地，步骤(1)所述布料的材质为棉、麻、尼龙和锦纶中的至少一种，所述布料的密度为150～400g/m2。
14.优选地，步骤(1)所述银纳米线溶液中银固含量为10～15wt.％，银纳米线的平均线长30～50μm，平均线径10～20nm。
15.优选地，步骤(1)所述浸泡在超声振荡中进行，超声的功率为200～350w。
16.优选地，步骤(1)每次浸泡的时间为12～36min；重复浸泡3～5次。
17.优选地，步骤(2)所述水相电致变色材料为钨多金属氧酸盐和钼多金属氧酸盐中的至少一种；有机相导电高分子材料为聚乙撑二氧噻吩(pedot)及其衍生物。
18.优选地，步骤(2)所述水相电致变色材料和有机相导电高分子材料的摩尔比为1：1～1.5：1；所述电致变色染料乳液中，水相电致变色材料的浓度为0.01～0.05mol/l。
19.优选地，步骤(3)所述电致变色染料乳液在丝印前，需超声振荡分散均匀，超声振荡时间为10～30min，震荡功率为60～120w。
20.优选地，步骤(3)所述丝印的网眼尺寸300～500目。
21.优选地，步骤(3)所述潮湿环境的湿度为75～95％rh，温度20～25℃。
22.优选地，步骤(3)所述于潮湿环境中放置的时间为12～24h。
23.优选地，步骤(3)所述电致变色艺术服装面料，布料(银纳米线)和电致变色印染层分别用金属导线引出，接上外围驱动电路，即可实现电致变色。
24.上述方法制得的一种电致变色艺术服装面料。
25.上述一种电致变色艺术服装面料在艺术服装、舞台幕布领域中的应用。
26.优选地，所述艺术服装为舞蹈服。
27.本发明的工作原理：
28.将面料中银纳米线一侧接入正极，导电高分子一侧接入负极，电压设置为3v，在电场驱动下电致变色材料中的阳离子向电致变色材料/导电高分子界面迁移，电子从银纳米线注入到电致变色材料中，将电致变色材料还原，从而改变布料颜色。当施加反方向电压时，电子从电致变色材料中抽出，电致变色材料恢复无色状态。
29.与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
30.(1)整体器件结构简单，与传统的7层电致变色器件(衬底/导电层/电致变色层/电解质层/离子储存层/导电层/衬底)相比，电致变色面料实际结构仅为3层(电极内嵌型导电衬底/电致变色层/导电层)，在本发明当中，布料既充当了承载膜层的实体，也承担了导电的作用，电致变色层采用了离子型金属氧酸盐类电致变色材料，既具备电致变色特性，又具有良好的电子隔绝能力，相当于电解质作用。
31.(2)工艺简单、高效、低成本，传统电致变色器件依赖高真空设备镀膜，且每层薄膜需依次沉积，工艺繁琐耗时。本发明采用溶液工艺，无需真空镀膜设备，因而成本低。首次提出单次印刷同时获得两层薄膜的液相“自分层”策略，使轻质有机相浮于重质水相之上干燥后即可同时得到两层薄膜，因而工艺简单高效。
附图说明
32.图1为本发明所述的导电布料结构示意图，其中100指导电布料整体，101指布料中嵌入的银纳米线。
33.图2为本发明液相“自分层”过程示意图，其中100指导电布料整体，200指初始印刷的电致变色染料(液相)，201指有机相导电高分子材料，202指水相电致变色材料。
34.图3为实施例1的初始态、着色态和褪色态吸光度曲线。
35.图4为实施例2的初始态、着色态和褪色态吸光度曲线。
具体实施方式
36.下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
37.本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
38.实施例1
39.(1)选用棉质的布料(密度为250g/m2)，先将棉布浸泡于银固含量为12wt.％的银纳米线溶液中，银纳米线的平均线长为40μm，平均线径为15nm，并超声振荡处理，功率为300w，持续25min后取出，并用去离子水洗去清洗，重复在上述银纳米线溶液中浸泡和清洗操作5次后真空干燥，图1展示了制备完成后导电布料的结果示意图；
40.(2)制备电致变色染料乳液：将水相钨金属氧酸盐电致变色材料和有机相导电高分子材料聚乙撑二氧噻吩(pedot)按1.2:1的摩尔比在去离子水溶剂中混合，其中钨金属氧酸盐浓度为0.02mol/l；
41.(3)在印刷前，将电致变色染料超声振荡20min，振荡功率为80w；
42.(4)将振荡完成的电致变色乳液丝印于步骤1制备好的导电布料表面，丝印网眼尺寸为400目，丝印完成后将布料放置于85％rh、温度25℃的潮湿环境20h，形成水相和有机相界面，图2展示了该过程示意图；
43.(5)最后将印有电致变色染料的导电布料真空干燥，布料和电致变色印染层分别用金属导线引出，接上外围驱动电路；
44.将实施例1所制备得到的电致变色服装面料进行测试：
45.图3为实施例1电致变色初始态、着色态和褪色态的吸光度曲线。将面料中银纳米线一侧接入正极，导电高分子一侧接入负极，电压设置为3v，通电300s后，面料着色，对红外波段吸光度显著提升；反向通电300s后，面料褪色，各波长吸收度降低。以600nm波长为例，实施例1初始态吸光度为0.02，着色态吸光度为0.42，褪色态吸光度为0.13。
46.实施例2
47.(1)选用锦纶材质布料(密度为300g/m2)，先将棉布浸泡于银固含量为15wt.％的银纳米线溶液中，银纳米线的平均线长为40μm，平均线径为15nm，并超声振荡处理，功率为300w，持续25min后取出，并用去离子水洗去清洗，重复在上述银纳米线溶液中浸泡和清洗操作5次后真空干燥；
48.(2)制备电致变色染料乳液：将水相钼金属氧酸盐电致变色材料和有机相导电高分子材料聚乙撑二氧噻吩(pedot)按1.4:1的摩尔比在去离子水溶剂中混合，其中钼金属氧酸盐浓度为0.05mol/l；
49.(3)在印刷前，将电致变色染料超声振荡30min，振荡功率为80w；
50.(4)将振荡完成的电致变色乳液丝印于步骤1制备好的导电布料表面，丝印网眼尺寸为400目，丝印完成后将布料放置于85％rh、温度25℃的潮湿环境20h，形成水相和有机相界面；
51.(5)最后将印有电致变色染料的导电布料真空干燥，布料和电致变色印染层分别用金属导线引出，接上外围驱动电路；
52.将实施例2所制备得到的电致变色服装面料进行测试：
53.图4为实施例2电致变色初始态、着色态和褪色态的吸光度曲线。将面料中银纳米线一侧接入正极，导电高分子一侧接入负极，电压设置为3v，通电300s后，面料着色，对红外波段吸光度显著提升；反向通电300s后，面料褪色，各波长吸收度降低。以600nm波长为例，具体实施例1初始态吸光度为0.07，着色态吸光度为0.41，褪色态吸光度为0.10。
54.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。