一种铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件及其制备方法与应用

1.本发明涉及电致变色技术领域，具体涉及一种铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件及其制备方法与应用。


背景技术：

2.电致变色是指电活性材料在交变电场下发生光学性质(包括透过率、吸收率、反射率)可逆变换，从而实现器件透明度及颜色的变化，材料的光谱调制能力不仅在可见光范围内，在红外和紫外区域也能有较好的调节作用。基于电致变色器件对不同光波段的灵活调控的特点，其在光电节能环保领域具有广阔的应用前景。目前为止，电致变色器件在汽车防眩晕后视镜与节能窗方面具有最成熟的应用，此外在低能耗显示、红外隐身、卫星热控等方面也都有一定应用前景。
3.然而，在目前的电致变色产品中，变色种类较为单一，基本只依靠电致变色层的光学性质变化来实现颜色及透明度的变化。氧化钨作为研究最为广泛深入的一类无机电致变色材料，在无色透明电解质及外加电场作用下仅能实现无色到蓝色的颜色变化，单调的颜色变化限制了其应用范围。对器件进行结构设计与优化能够改善氧化钨变色单一的缺陷，实现多彩变化，拓展其应用范围。


技术实现要素：

4.为了克服电致变色器件可切换颜色种类较少的问题，本发明提出一种铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件及其制备方法与应用，通过引入有色电解质，扩展氧化钨基电致变色材料的变色范围，该电致变色器件结构简单、制备容易且成本低。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件，包括由上至下依次设置的透明导电基底、氧化钨电致变色层、含铁离子有色电解质层(电致变色层与电解质直接接触，确保铁离子能够跨界面传输)、氧化镍对电极层和透明导电基底，其中，含铁离子有色电解质层和氧化钨电致变色层颜色叠加实现多彩电致变色。
7.一种铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件的制备方法，包括以下步骤；
8.1)制备氧化钨基电致变色层；
9.2)制备氧化镍对电极层；
10.3)配置铁离子电解质溶液；
11.4)组装制备基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件。
12.所述步骤1)的具体操作详细工艺参考前期专利【cn110590180b】。
13.所述步骤2)的具体操作为：
14.将fto玻璃用去离子水、丙酮、酒精依次进行清洗并于室温晾干；
15.配置氧化镍前驱体：将0.1-2g氯化镍、0.05-0.5g柠檬酸和2-20g乙醇混合并充分
搅拌得到氧化镍前驱体；
16.氧化镍前驱体采用溶胶-凝胶法旋涂于fto玻璃上，具体步骤为：取10-200μl氧化镍前驱体滴于fto玻璃表面，旋涂参数为转速2000-3000r/min，旋涂时间3-10s，旋涂结束后放置于100-250℃加热板上进行5-10min烘干，随后转移至300-400℃加热板加热30-60min，冷却至室温后即得氧化镍对电极层。
17.所述步骤3)的具体操作为：
18.取无水氯化铁溶解于有机溶剂(如乙二醇，丙三醇，乙腈等)，搅拌30min-5h至完全溶解，得到0.6mm-3m氯化铁电解液。
19.所述步骤4)的具体操作为：
20.取形状和面积相同的氧化钨电致变色层和氧化镍对电极层面对面放置，中间留有1-2mm间隙，在氧化钨电致变色层表面沿着器件轮廓粘附一圈密封硅胶，硅胶厚度与间隙相等，利用密封硅胶将氧化钨电致变色层与氧化镍对电极紧密贴合，器件中心区域形成空腔，在空腔中注入不同浓度的铁离子电解质溶液即得电致变色器件。
21.基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件为褪色态器件，褪色态器件为电解质颜色，浓度由低至高依次呈现出无色透明、黄色、橙色；着色态为电解液和氧化钨上色叠加颜色状态，浓度由低至高依次呈现出蓝色、绿色、棕黑色，通过调节电解液浓度与变色电压两个变量可以实现十余种颜色变化。
22.本发明的有益效果：
23.本发明基于铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件可以通过调节电解质溶质的浓度和着色电压，利用电解质层和氧化钨电致变色层叠加实现多种颜色变换，且电解质浓度配置易于控制，制备简单；
24.本发明基于铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件中采用氧化镍作为对电极，可以显著降低氧化钨电致变色层的着色电压，实现低电压驱动，减少能耗；
25.本发明基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件，氧化钨电致变色层着色后，不需要外加电压，器件可实现自动褪色，褪色时间较短，可于几十秒内完成，能够显著降低能耗，节能环保。
附图说明
26.图1为电致变色器件结构示意图。
27.图2为不同浓度铁离子电解液的透过率光谱。
28.图3为电致变色器件在不同电压下透过率。
29.图4为电致变色器件在不同电压下透过率。
30.图5为电致变色器件在不同电压下透过率。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
32.参考图1，本发明所述的基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件结构为典型的多层结构，该结构由fto透明导电玻璃、氧化钨电致变色层、含铁离子有色电解质层、氧化镍对电极层和fto透明导电玻璃组成。
33.本发明所述的基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件及其制备方法，包括以下步骤：
34.1)制备氧化钨基电致变色层；
35.2)制备氧化镍对电极层；
36.3)配置铁离子电解质溶液；
37.4)组装所述电致变色层、电解质和对电极层，制备基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件。
38.所述步骤1)的具体操作详细工艺参考前期专利【cn110590180b】。
39.所述步骤2)的具体操作为：
40.将fto玻璃用去离子水、丙酮、酒精依次进行清洗并于室温晾干；
41.配置氧化镍前驱体：将0.1-2g氯化镍、0.05-0.5g柠檬酸和2-20g乙醇混合并充分搅拌得到氧化镍前驱体；
42.氧化镍前驱体采用溶胶-凝胶法旋涂于fto玻璃上，具体步骤为：取10-200μl氧化镍前驱体滴于fto玻璃表面，旋涂参数为转速2000-3000r/min，旋涂时间3-10s，旋涂结束后放置于100-250℃加热板上进行5-10min烘干，随后转移至300-400℃加热板加热30-60min，冷却至室温后即得氧化镍对电极层。
43.所述步骤3)的具体操作为：
44.取无水氯化铁溶解于有机溶剂(如乙二醇，丙三醇，乙腈等)，搅拌30min-5h至完全溶解，得到0.6mm-3m氯化铁电解液。
45.所述步骤4)的具体操作为：
46.取形状和面积相同的氧化钨电致变色层和氧化镍对电极层面对面放置，中间留有1-2mm间隙。在氧化钨电致变色层表面沿着器件轮廓粘附一圈密封硅胶，硅胶厚度与间隙相等。利用密封硅胶将氧化钨电致变色层与氧化镍对电极紧密贴合，器件中心区域形成空腔。在空腔中注入不同浓度的铁离子电解质溶液即得电致变色器件。
47.实施例一：
48.本发明所述的基于铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件及其制备方法，包括以下步骤：
49.1)制备氧化钨基电致变色层；
50.2)制备氧化镍对电极层；
51.3)配置铁离子电解质溶液；
52.4)组装所述电致变色层、电解质和对电极层，制备基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件。
53.所述步骤1)的具体操作详细工艺参考前期专利【cn110590180b】。
54.所述步骤2)的具体操作为：
55.将fto玻璃用去离子水、丙酮、酒精依次进行清洗并于室温晾干；
56.配置氧化镍前驱体：将1g氯化镍、0.1g柠檬酸和9g乙醇混合并充分搅拌得到氧化镍前驱体；
57.氧化镍前驱体采用溶胶-凝胶法旋涂于fto玻璃上，具体步骤为：取100μl氧化镍前驱体滴于fto玻璃表面，旋涂参数为转速2500r/min，旋涂时间5s，旋涂结束后放置于200℃
加热板上进行5min烘干，随后转移至350℃加热板加热40min，冷却至室温后即得氧化镍对电极层。
58.所述步骤3)的具体操作为：
59.取无水氯化铁溶解于乙二醇，搅拌30min至完全溶解，得到0.6mm氯化铁电解液。
60.所述步骤4)的具体操作为：
61.取形状和面积相同的氧化钨电致变色层和氧化镍对电极层面对面放置，中间留有1mm间隙。在氧化钨电致变色层表面沿着器件轮廓粘附一圈密封硅胶，硅胶厚度1mm。利用密封硅胶将氧化钨电致变色层与氧化镍对电极紧密贴合，器件中心区域形成空腔。在空腔中注入0.6mm氯化铁电解液即得电致变色器件。
62.该电致变色器件在不同电压下透过率如图3所示。
63.实施例二：
64.本发明所述的基于铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件及其制备方法，包括以下步骤：
65.1)制备氧化钨基电致变色层；
66.2)制备氧化镍对电极层；
67.3)配置铁离子电解质溶液；
68.4)组装所述电致变色层、电解质和对电极层，制备基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件。
69.所述步骤1)的具体操作详细工艺参考前期专利【cn110590180b】。
70.所述步骤2)的具体操作为：
71.将fto玻璃用去离子水、丙酮、酒精依次进行清洗并于室温晾干；
72.配置氧化镍前驱体：将1g氯化镍、0.1g柠檬酸和9g乙醇混合并充分搅拌得到氧化镍前驱体；
73.氧化镍前驱体采用溶胶-凝胶法旋涂于fto玻璃上，具体步骤为：取100μl氧化镍前驱体滴于fto玻璃表面，旋涂参数为转速2500r/min，旋涂时间5s，旋涂结束后放置于200℃加热板上进行5min烘干，随后转移至350℃加热板加热40min，冷却至室温后即得氧化镍对电极层。
74.所述步骤3)的具体操作为：
75.取无水氯化铁溶解于乙二醇，搅拌2h至完全溶解，得到0.6m氯化铁电解液。
76.所述步骤4)的具体操作为：
77.取形状和面积相同的氧化钨电致变色层和氧化镍对电极层面对面放置，中间留有1mm间隙。在氧化钨电致变色层表面沿着器件轮廓粘附一圈密封硅胶，硅胶厚度1mm。利用密封硅胶将氧化钨电致变色层与氧化镍对电极紧密贴合，器件中心区域形成空腔。在空腔中注入0.6m氯化铁电解液即得电致变色器件。
78.该电致变色器件在不同电压下透过率如图4所示。
79.实施例三：
80.本发明所述的基于铁离子电解质的氧化钨基多彩电致变色器件及其制备方法，包括以下步骤：
81.1)制备氧化钨基电致变色层；
82.2)制备氧化镍对电极层；
83.3)配置铁离子电解质溶液；
84.4)组装所述电致变色层、电解质和对电极层，制备基于铁离子电解质的氧化钨基电致变色器件。
85.所述步骤1)的具体操作详细工艺参考前期专利【cn110590180b】。
86.所述步骤2)的具体操作为：
87.将fto玻璃用去离子水、丙酮、酒精依次进行清洗并于室温晾干；
88.配置氧化镍前驱体：将1g氯化镍、0.1g柠檬酸和9g乙醇混合并充分搅拌得到氧化镍前驱体；
89.氧化镍前驱体采用溶胶-凝胶法旋涂于fto玻璃上，具体步骤为：取10-200μl氧化镍前驱体滴于fto玻璃表面，旋涂参数为转速2500r/min，旋涂时间5s，旋涂结束后放置于200℃加热板上进行5min烘干，随后转移至350℃加热板加热40min，冷却至室温后即得氧化镍对电极层。
90.所述步骤3)的具体操作为：
91.取无水氯化铁溶解于乙二醇，搅拌5h至完全溶解，得到3m氯化铁电解液。
92.所述步骤4)的具体操作为：
93.取形状和面积相同的氧化钨电致变色层和氧化镍对电极层面对面放置，中间留有1mm间隙。在氧化钨电致变色层表面沿着器件轮廓粘附一圈密封硅胶，硅胶厚度1mm。利用密封硅胶将氧化钨电致变色层与氧化镍对电极紧密贴合，器件中心区域形成空腔。在空腔中注入3m氯化铁电解液即得电致变色器件。
94.该电致变色器件在不同电压下透过率如图5所示。
95.上述实施例中氧化钨与负极相连，氧化镍与正极相连，施加正向电压时，氧化钨上色，断开电源，氧化钨脱色。
96.按实施例制作过程，由图2可知不同浓度铁离子电解液具有不同光透过率及颜色，参考图3-图5不同浓度铁离子电解液与氧化钨组装成的电致变色器件在不同电压(2.0-3.0v)下出现多种透过率和颜色变化。