电致变色器件关键材料凝胶聚合物电解质研究进展

凝胶聚合物电解质是构成电致变色器件(ECD)的关键材料,其在器件中作为电极间的传导介质,为电致变色反应提供补偿离子。利用不同基体材料制备的凝胶聚合物电解质对提高电致变色器件性能具有重要影响。综述了聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)及生物材料作为凝胶电解质聚合物基体的导电机理。阐述了它们作为电致变色器件电解质层对离子电导率、透光度、电致变色性能的影响。最后对凝胶聚合物电解质未来发展趋势进行了展望。     

电致变色材料、器件及应用研究进展

电致变色材料具有结构可控、色彩丰富、成本低廉、节能低耗等特点,是目前最具应用前景的智能材料之一。概述了电致变色器件的基本结构、变色机理,着重介绍了电致变色器件各层材料(透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层)的特性要求及研究现状,举例说明了其在智能窗、防眩目汽车后视镜、电子纸、传感器、军事伪装中的应用。     

无机全固态电致变色器件研究进展

电致变色是一种在外加电场下材料光学属性可变的现象。本文围绕全固态电致变色器件,阐述了器件中每一层的结构、可选材料、性能等,并根据全固态电致变色器件近期的研究进展,总结了两种全固态器件的典型结构,详细介绍了两类器件结构的结构特点、制备方法和电致变色性能,并展望了未来全固态电致变色器件的发展方向。     

柔性电致变色材料的研究与发展

随着可穿戴电子器件的应用普及,柔性电子器件已经成为当前研究的热点。柔性电致变色器件因具有绿色环保、低成本、可大面积、适应性强和生产运输方便等优良特性,在新型智能显示、建筑智能窗、汽车后视镜、智能眼镜、可穿戴设备和军事伪装等众多领域得到广泛应用。从柔性电致变色结构出发,讨论了柔性衬底、电极材料、电致变色材料和电解质材料等功能层,指出了提升柔性电致变色器件性能的关键,明确了器件材料与结构的关系,指出其当前存在的问题并对未来的发展趋势做出展望。     

全固态电致变色智能窗的研究进展

电致变色材料被认为是最有开发前景的智能材料之一,本文结合本实验室的研究成果,简要介绍了电致变色智能窗的结构及变色原理,着重阐述了WO3电致变色材料和固态电解质的最新研究动态,展望了电致变色材料及其器件的应用前景。     

光学设计用于全固态电致变色器件的高溅射效率三明治结构电解质

全固态电致变色器件以其光学对比度高、响应速度快以及良好的循环稳定性等特点而广泛应用于节能窗、屏幕显示、多功能储能设备等诸多领域。然而, 传统的基于单层电解质体系的全固态电致变色器件常受限于光学透过率和溅射效率的不足。本工作利用反应直流磁控溅射技术成功制备了基于LiAlO_x/Ta₂O₅/LiAlO_x(ATA)三明治结构电解质的全固态电致变色器件。通过引入ATA三明治结构电解质, 所制得的七层体系电致变色器件(ITO/NiO/LiAlO_x/Ta₂O₅/LiAlO_x/WO₃/ITO)兼具了优异的透光率和可观的溅射效率。该全固态电致变色器件取得了令人满意的着色效率(79.6 cm²/C), 更快的响应速度(着色时间1.9 s, 褪色时间1.6 s)以及数百次循环的良好稳定性。此外, ATA三明治结构电解质充分利用了Ta₂O₅优异的离子传输速率和稳定性, 并提供了足够的锂离子以满足快速变色切换的需求。因而, 通过连续直流溅射制备的基于ATA三明治结构电解质的全固态电致变色器件有望为高性能电致变色器件的量产和实际应用提供重要的指导。     

聚合物电解质PEO全固态电致变色窗

本文用聚合物ＰＥＯ的锂盐络合物作电解质制作全固态电致变色窗，讨论了器件的特性，以及工艺条件的影响。     

导电聚合物PEDOT:PSS纸基印刷成膜和变色器件的制备

目的 以导电聚合物PEDOT:PSS作为电极和电致变色材料,通过棒涂、丝网印刷和凹版印刷等3种方式,实现导电聚合物纸基电致变色器件的制备.方法 通过溶剂(二甲基亚砜、异丙醇、甲醇、乙二醇、聚乙烯醇)掺杂的方式对3种印刷成膜特性进行优化;使用丙三醇提高PEDOT:PSS薄膜的导电性,采用PEDOT:PSS制作器件的变色层和电极层,简化变色器件结构.分别对变色器件的启动电压、变色效果、紫外吸收和弯曲等性能进行评价.结果 3种印刷方式均能实现纸基变色器件的制备,其中以凹版印刷方式制备的变色器件具有最佳的变色性能,即启动电压低(U=0.18 V)、响应时间短(t=2 s)、色差变化大(ΔE*=25.54),变色前后吸光度变化大(0.27),弯曲循环1000次后色差变化为1.结论 电致变色器件可以通过印刷的方式在纸基材料上进行制备,将纸基电致变色器件与印刷包装产品相结合,不仅能提高产品包装的外观表现,还可以增加产品包装的技术水平.     

Ti-O薄膜电致变色性能

像光致变色、热致变色材料一样，电致变色材料是一种功能性材料。对电致变色材料施以电场，经过电化学过程，便能产生一稳定可逆的光吸收或反射变化，在外表性能上则表现为颜色及透明度的变化。电致变色材料必须同时具备电子和离子导电能力，而且分别在阴极或阳极装置中呈现电变色现象。一般基本的电致变色器件包括：两层透明导电膜以驱动离子转移、一层主动电变色膜、一层离于导体膜和一层离子存贮膜。这种三明治式的组成允许在主动电变色层和离子存贮层之间发生循环的可逆化学反应，同时伴随有离子从离子存贮层通过离子导体注入主动电变色…     

无机全固态电致变色材料与器件研究进展

智能场致变色材料是一类能在外场(电场、温度、光照、气氛)刺激下发生可逆光学变化的物质群。其中,电致变色材料因其调节幅度大、响应速率快、着色效率高和循环稳定性好等特点,有望在智能窗、屏幕显示和多功能储能器件等领域得到广泛应用。相较于半固态电致变色器件难于封装以及有机电致变色材料易于变性失效,无机全固态电致变色材料及其器件具有更好的综合应用性。本文聚焦典型无机全固态电致变色材料与器件,综述了当前电致变色器件各结构层的制备途径,并对比了其优劣性,详细介绍了主要的电致变色备选材料及其关键性能评价指标,并阐释了几种代表性电致变色器件的作用原理,提出了使用兼具高透光率、低面电阻以及优异抗弯折性的透明柔性电极替代传统的刚性衬底以实现多场响应器件的应用拓展。最后,从性能瓶颈、工艺难点及产业化机遇的角度对无机全固态电致变色器件的应用前景进行了展望,为电致变色产业化进程提供了借鉴。     

聚合物全固态电致变色器件的制备及性能

使用乙烯-乙烯醇共聚物/聚吡咯复合膜和聚醚基氨酯/LiClO4电解质制成全固态电致变色器件.当加上1.0～2.5V的直流电压时,器件颜色由黄色变成棕(蓝)色.详细讨论了器件的UV/VIS光谱变化、掺杂/不掺杂过程的响应时间以及电解质浓度对变色过程的影响.结果显示电致变色器件在800nm时,发生掺杂/不掺杂过程变化有短的响应时间和大的透过率差.     

Enhancing the performance of an electrochromic device by template synthesis of the active layers

This work describes the use of template synthesis to produce materials with optimized properties to be used in electrochromic devices. A composite prepared by the inclusion of polyaniline within the pores of a cellulose acetate was used as primary electrochromic layer and a porous V_{2 5} phase was used as an auxiliary electrode to counter balance the charge in the entire device. The device closed with a gel polymer electrolyte exhibited a very high optical contrast (light yellow to dark blue) with ΔT_{750 nm}=78%. However, the optical response time indicates a slow ion exchange during electrochromic cycles. By comparing the voltammogram and the curve obtained by differentiation of the absorbance variation with time, it was possible to identify the contribution of each redox couple to the total color change.     

3,4-乙撑二氧噻吩水相的电化学聚合

以水为溶剂,在不添加乳化剂的条件下,分别以高氯酸锂、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、硫酸钠、氟硼酸钠、对甲苯磺酸为电解质进行电化学聚合,得到了不同氧化态的聚3,4-乙撑二氧噻吩薄膜(PEDOT)。探讨了这5种电解质对单体初始氧化电位和薄膜电化学稳定性的影响。结果表明,采用PSS为电解质时初始氧化电位最低为878mV,得到的聚合物薄膜电化学稳定性最好。并采用扫描电镜表征了以PSS为电解质电化学聚合所得薄膜的表面形貌,采用光谱电化学法表征了薄膜的电致变色性能,结果表明聚合物薄膜均质连续,具有优异的电致变色性能。     

Switchable windows with tungsten oxide

Tungsten oxide can change its colour reversibly upon electron injection. It can be produced by sputtering, evaporation, chemical vapour deposition or other processes. In addition to its high colouration efficiency and fast reaction kinetics, the redox potential of the electron injection is low enough to allow various switchable systems, such as electrochromic, gasochromic, photoelectrochromic or photochromic glazing. In this paper, electrochromic devices with a redox electrolyte are introduced. This is related to the photoelectrochromic device, which is an electrochromic device with redox electrolyte and an additional dye-sensitised layer of TiO₂, which generates the energy for the colouration of the device by sunlight. The photochromic device is in principal a photoelectrochromic device, where the catalytic layer for the reaction of the redox electrolyte is in direct contact with the electrochromic layer. In gasochromic devices, tungsten oxide reacts with diluted hydrogen and oxygen gases. This paper aims to give an overview of these different approaches.     

纳米SiO2微球在PMMA凝胶聚合物电解质中的尺寸效应及其在全固态电致变色器件中的应用

本文采用St?ber法制备了不同粒径纳米SiO_2微球,将其加入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基凝胶聚合物电解质中,研究了纳米SiO_2的尺寸效应及其对全固态电致变色器件性能的影响。研究发现,正硅酸乙酯和乙醇的体积比影响所得纳米SiO_2微球粒径大小,乙醇所占体积比例越大,制备的纳米SiO_2微球粒径越小。在PMMA基凝胶聚合物电解质中,当纳米SiO_2微球用量相同时,电解质的电化学窗口随着纳米SiO_2微球粒径的减小先增大后减小,离子电导率随纳米SiO_2微球粒径的增大而增大,在纳米SiO_2微球粒径为150 nm时电化学窗口达到最大,离子电导率的增速也变得不明显。当粒径为150 nm的纳米SiO_2微球含量为7wt%时,PMMA凝胶电解质的电化学窗口为4.8 V,电导率为1.13 mS/cm。以该电解质组装结构为:导电玻璃(ITO)‖SiO_2/碳酸丙烯脂(PC)-LiClO_4/PMMA‖金属-超分子聚合物‖ITO的透射式全固态电致变色器件,所得器件可在淡绿色和深蓝色之间变色,对比度高达60.1%,且器件的稳定性得以明显提高。     

Comparison of performance parameters of poly(3,4 ethylenedioxythiophene) (PEDOT) based electrochromic device on glass with and without counter electrode

Conjugated polymers are promising materials for electrochromic device technology. Aqueous dispersions of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-(PEDOT) were spin coated onto transparent conducting oxide (TCO) coated glass substrates. A seven-layer electrochromic device was fabricated with the following configuration: glass/transparent conducting oxide (TCO)/PEDOT (main electrochromic layer)/gel electrolyte/prussian blue (counter electrode)/TCO/glass. The device fabricated with counter electrode (Prussian blue) showed a contrast of 18% and without counter electrode showed visible contrast of 5% at 632 nm at a voltage of 1.9 V. The comparison of the device is done in terms of the colouration efficiency of the devices with and without counter electrode.     

静电喷雾法/原位洗脱法结合制备电致变色薄膜EI北大核心CSCD

电致变色材料在提倡低碳节能的发展理念下有很好的发展前景,而探索一种高效简单且性能优异的制备工艺尤为重要。利用静电喷雾法结合原位洗脱法制备了聚合物电致变色薄膜。根据电解质盐的颜色适配性和溶解性,选择四丁基高氯酸铵(TBAP)作为模板剂,在易加工的TPA-OMe-PA溶液中添加不同比例的电解质盐,然后利用静电喷雾技术在ITO玻璃表面沉积制备薄膜,再通过原位洗脱法去除其中的模板剂-电解质盐,最终制备出含有多层级孔结构的聚合物薄膜。采用电子扫描显微镜对其形貌进行分析,利用电化学工作站结合紫外/可见/红外光谱仪研究了薄膜的电致变色性能。研究结果表明,利用静电喷雾技术与原位洗脱法制备的聚合物薄膜具备多层级孔结构和良好的电致变色性能。其中电解质含量为33.3%(质量分数)时,多层级孔隙率最高,且电致变色性能最为优异,漂白时间/着色时间缩减至0.6 s/1 s,着色效率达到608.2 cm^(2)·C^(-1),为已报道基于相同材料的电致变色薄膜的最快响应速度。     

Application of hybrid materials in solid-state electrochromic devices

Sol–gel derived cross-linked PEO/siloxane xerogels (designated as di-ureasils) were prepared using lithium trifluoromethanesulfonyl imide (LiTFSI) as a guest salt. In this paper we describe the assembly of a prototype solid-state electrochromic device (ECD) based on a four-layer sandwich structure, with the following configuration: glass/IZO/WO₃/polymer electrolyte/IZO/glass. The electrochromic switching performance of these devices was characterized as a function of salt concentration. The average transmittance in the visible region of the spectrum was above 69% for all the bleached samples characterized. After coloration the structures assembled with d-U(900)_nLiTFSI presented an average transmittance in the visible wavelength region above 22% and an optical density above 0.49.