电致变色器件组件及电致变色器件的制作方法

文档序号:17687243发布日期:2019-05-17 20:44
电致变色器件组件及电致变色器件的制作方法

本申请涉及显示技术领域,特别是涉及一种电致变色器件组件及电致变色器件。



背景技术:

电致变色器件(Electrochromic Device,ECD)是指在外界电场的作用下,其中的电致变色材料发生氧化还原而对光透射或反射产生的可逆变化,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色器件由于其独特的性能,在信息、电子、能源、建筑和国防等方面被广泛使用,例如电致变色显示智能卡和智能标签、电致变色智能窗以及电致变色眼镜和护目镜等。

电致变色器件中的离子储存层的好坏决定了电致变色器件的使用效果,传统的对电极虽然在离子的注入和抽出时都保持透明且具有良好的循环可逆性,但是由于反应动力缓慢,导致电致变色器件变色响应速度慢、灵敏度和循环寿命低。因此,传统的电致变色器件存在工作可靠性差的缺点。



技术实现要素:

基于此,有必要针对传统的电致变色器件工作可靠性差的问题,提供一种电致变色器件组件及电致变色器件。

一种电致变色器件组件,包括:相对设置的第一透明导电基板和第二透明导电基板,设置于所述第一透明导电基板上靠近所述第二透明导电基板一侧的第一对电极薄膜层和设置于所述第二透明导电基板上靠近所述第一透明导电基板一侧的第二对电极薄膜层,以及设置于所述第一对电极薄膜层和所述第二对电极薄膜层之间的离子导体层,所述第一对电极薄膜层和所述第一对电极薄膜层均为二氧化钛-二氧化铈薄膜层。

在一个实施例中,所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板均为石墨烯基板。

在一个实施例中,所述第一透明导电基板包括第一玻璃基板本体和第一透明导电层,所述第一透明导电层设置于所述第一玻璃基板本体与所述第一对电极薄膜层之间,所述第二透明基板包括第二玻璃基板本体和第二透明导电层,所述第二透明导电层设置于所述第二玻璃基板本体与所述第二对电极薄膜层之间。

在一个实施例中,所述第一透明导电层和所述第二透明导电层均为石墨烯导电膜层。

在一个实施例中,所述石墨烯导电膜层的厚度为35nm-50nm。

在一个实施例中,所述第一透明导电基板还包括第一绝缘层,所述第一绝缘层设置于所述第一玻璃基板本体和所述第一透明导电层之间,所述第二透明导电基板还包括第二绝缘层,所述第二绝缘层设置于所述第二玻璃基板本体和所述第二透明导电层之间。

在一个实施例中,所述二氧化钛-二氧化铈薄膜层的厚度为100nm-300nm。

一种电致变色器件,所述电致变色器件包括上述任一项所述的电致变色器件组件,所述第一透明导电基板连接外部电源,所述第二透明导电基板连接外部电源。

上述电致变色器件组件及电致变色器件,分别设置于第一透明导电基板和第二透明导电基板上的第一对电极薄膜层和第二对电极薄膜层,均采用二氧化钛-二氧化铈薄膜,二氧化钛-二氧化铈薄膜有较大的扩散系数,在保证离子注入和抽出都保持透明且具有良好的循环可逆性的同时,还能有效地提高离子存储量和较快的离子扩散速率,并且二氧化钛-二氧化铈薄膜的使用寿命较长,从而有效地提高了电致变色器件的工作可靠性。

附图说明

图1为一实施例中电致变色器件组件结构示意图;

图2为另一实施例中电致变色器件组件结构示意图;

图3为又一实施例中电致变色器件组件结构示意图;

图4为一实施例中电致变色器件结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1,一种电致变色器件组件,包括:相对设置的第一透明导电基板100和第二透明导电基板200,设置于第一透明导电基板100上靠近第二透明导电基板200一侧的第一对电极薄膜层300和设置于第二透明导电基板200上靠近第一透明导电基板100一侧的第二对电极薄膜层400,以及设置于第一对电极薄膜层300和第二对电极薄膜层400之间的离子导体层500,第一对电极薄膜层300和第一对电极薄膜层300均为二氧化钛-二氧化铈(Ti02-Ce02)薄膜层。

具体地,第一透明导电基板100和第二透明导电基板200既具有透光的功能,还具有导电功能,因此,通过第一透明导电基板100和第二透明导电基板200可实现传统的双基板型电致变色器件中基板和设置于基板的导电层相同的功能。第一对电极薄膜层300即为离子存储层,第二对电极薄膜层400即为电致变色层。离子导体层500即为电解质层,离子导体是指电流由可动离子荷载产生的导体,在离子导体中可动离子溶度较低,其电导率很小;通过离子导体层500能够保证第一对电极薄膜层300和第二对电极薄膜层400之间快速传导离子,同时阻断电子的传输。在一个实施例中,离子导体层500采用熔融盐电解质中的固态锂盐,例如LiNbO3、LiAlO2或LiTaO3等。可以理解,在其它实施例中,离子导体层500还可以采用其它类型的电解质,例如电解质水溶液或有机电介质溶液等,只要能够保证第一对电极薄膜层300和第二对电极薄膜层400之间的快速离子传导,并阻断电子的传输即可。通过采用,二氧化钛-二氧化铈薄膜层作为第一对电极薄膜层300和第二对电极薄膜层400,由于二氧化钛-二氧化铈薄膜有较大的扩散系数,能够有效地增强电致变色的反应速度、颜色变换灵敏度,并且具有较佳的透光率和稳定的化学特性,从而能够有效地节约能源。

应当指出的是,在一个实施例中,二氧化钛-二氧化铈薄膜层可以通过方法进行制备:首先以无水乙醇为溶剂,并利用Ce(NO)3.6H2O中的结晶水有效控制太酸丁酯的水解制得的Ti02-Ce02复合溶胶;然后将透明导电基板浸入陈化好的Ti02-Ce02溶胶中,静置2~3min达到表面吸附平衡,然后采用浸渍提拉法涂膜,涂制后的薄膜在空气中干燥15min,在马弗炉中高温热处理以10度每分钟速度升至250-300摄氏度,并自然冷却至室温,得到表面均匀透明的二氧化钛-二氧化铈薄膜。应当指出的是,Ti02(二氧化钛)的加入降低了晶体生长,得到的非晶体态的Ti02-Ce02簿膜具有较高的锂离子存储容量和较快的锂离子的扩散速率。在一个实施例中,二氧化钛-二氧化铈薄膜层的厚度为100nm-300nm,二氧化钛-二氧化铈薄膜层的厚度可以是100nm、200nm、300nm或100nm-300nm之间任意一数值,只要不影响电致变色的进程即可。可以理解,在其它实施例中,二氧化钛-二氧化铈薄膜层还可以是其它厚度,例如350nm、400nm等。

在一个实施例中,以无水乙醇为溶剂制备Ti02-Ce02复合溶胶可以是:首先将Ti(0C4H9)4溶液缓慢地滴入搅拌下的无水乙醇中,搅拌均匀,得到浅黄色透明的乙醇溶液;然后将Ce(NO)3.6H2O溶液缓慢地滴入搅拌下的无水乙醇中,搅拌均匀;最后将Ce(NO)3.6H2O无水乙醇溶液,缓慢地滴加到Ti(0C4H9)4无水乙醇溶液中,剧烈搅拌30min,即得到浅黄色透明的TiO2-Ce0混合溶胶放置陈化备用。应当指出的是,在一个实施例中,Ti(0C4H9)4与无水乙醇的质量比为15-25:75-85,即质量比可以是15:85-25:75之间任意比值。在一个实施例中,Ce(NO)3.6H2O与无水乙醇的质量比为55-65:35-45,即质量比可以是55:45-65:35之间任意比值。

进一步地,在一个实施例中,制备二氧化钛-二氧化铈薄膜层之后,还采用循环伏安法检测Ti02-Ce02薄膜离子存储层寿命。具体地,循环伏安法是在面积恒定的工作电极上加上对称的三角波扫描电压,如果三角波的前半部分呈现阴极扫描过程,电极上发生还原反应,电流响应的是峰形的阴极波;而三角波的后半部分是阳极扫描过程,电极上发生氧化反应,电流响应的是峰形的阳极波。因此一次三角波电压扫描,电极上完成一个氧化—还原的循环,故称为循环伏安法。经过多次循环伏安特性测试,若Ti02-Ce02离子存储层仍处于正常工作状态时,阳极峰高、阴极峰高以及峰位不会有明显的变化。当Ti02-Ce02离子存储层,随循环次数的增加,其离子存储性能退化时,其阴阳极峰高以及峰位与正常状态的状态有明显不同,因此可以通过其到达退化状态前所循环的次数确定Ti02-Ce02离子存储层的寿命。经检测,Ti02-Ce02离子循环寿命为105-107优于行业104-105标准。

在一个实施例中,第一透明导电基板100和第二透明导电基板200均为石墨烯基板。具体地,石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。直接采用在石墨烯基板上生长Ti02-Ce02薄膜,一个带有Ti02-Ce02薄膜的透明导电基板,在两片带有Ti02-Ce02薄膜的透明导电基板之间设置一层离子导体层500,贴合在一起就形成了一电致变色器件组件。直接采用石墨烯基板即实现了基板的透光和保护功能,又实现了离子存储层或电致变色的相应功能,所制作的电致变色器件组件具有质量轻、厚度薄的优点。可以理解,在一个实施例中,在石墨烯基板上涂膜前,还将石墨烯基板先经清水清洗、碱液清洗、去离子水淋洗后,然后用蒸馏水和无水乙醇洗净、烘干备用。

在一个实施例中,请参阅图2,第一透明导电基板100包括第一玻璃基板本体110和第一透明导电层130,第一透明导电层130设置于第一玻璃基板本体110与第一对电极薄膜层300之间,第二透明基板包括第二玻璃基板本体210和第二透明导电层230,第二透明导电层230设置于第二玻璃基板本体210与第二对电极薄膜层400之间。

具体地,在电致变色器件组件中,第一透明导电基板100采用玻璃基板以及在玻璃基板上设置相应导电层的形式,形成对应的第一透明导电基板100和第二透明导电基板200。导电层即为能够传导电流的材料层,常用的材料有ITO(氧化铟锡)、AZO(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)、FTO(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)或银浆膜等。进一步地,在一个实施例中,第一透明导电层130和第二透明导电层230均为石墨烯导电膜层。具体地,ITO、AZO、FTO、银浆膜等制成的导电层,抗酸腐蚀能力不强,一般电解质通过电致变色层的周边侵入第二透明导电层230,会导致导电层从玻璃基板上剥落,造成器件报废;并且In或Sn(或者还有掺杂Sb、F等)从第一透明导电层130扩散到电致变色层中,还会对电致变色特性造成不良影响。石墨烯具有耐酸碱,透明柔性等特点,因此选用石墨烯导电膜层作为第一透明导电层130和第二透明导电层230。应当指出的是,在一个实施例中,石墨烯导电膜层的厚度为35nm-50nm,石墨烯导电膜层的厚度可以是35nm、40nm、45nm或50nm等值,只要能够实现第一透明导电层130和第二透明导电层230相应的功能即可。在一个实施例中,石墨烯导电膜层可以采用磁控溅射方法制备。可以理解,在其它实施例中,第一透明导电层130和第二透明导电层230还可以是ITO、AZO、FTO、银浆膜等。

在一个实施例中,请参阅图3,第一透明导电基板100还包括第一绝缘层120,第一绝缘层120设置于第一玻璃基板本体110和第一透明导电层130之间,第二透明导电基板200还包括第二绝缘层220,第二绝缘层220设置于第二玻璃基板本体210和第二透明导电层230之间。

具体地,在第一玻璃基板本体110和第一透明导电层130之间还设置有第一绝缘层120,第二玻璃基板本体210和第二透明导电层230之间还设置有第二绝缘层220。绝缘层主要是为了进一步保证玻璃基板本体的平整度和保护导电层不受腐蚀,常用的绝缘层材料有SiO2(二氧化硅)或TiO2(二氧化钛)等。

上述电致变色器件组件,分别设置于第一透明导电基板和第二透明导电基板上的第一对电极薄膜层和第二对电极薄膜层,均采用二氧化钛-二氧化铈薄膜,二氧化钛-二氧化铈薄膜有较大的扩散系数,在保证离子注入和抽出都保持透明且具有良好的循环可逆性的同时,还能有效地提高离子存储量和较快的离子扩散速率,并且二氧化钛-二氧化铈薄膜的使用寿命较长,从而有效地提高了电致变色器件的工作可靠性。

请参阅图4,一种电致变色器件,包括上述任一项的电致变色器件组件,第一透明导电基板100连接外部电源,第二透明导电基板200连接外部电源。

具体地,第一透明导电基板100与外部电源连接,第二透明导电基板200与外部电源连接,在外加电场的作用下,驱动离子从离子存储层(即第一对电极薄膜层300)存储经离子导体层500注入电致变色层(即第二对电极薄膜层400),使其发生还原反应而达到电致变色的目的。第一透明导电基板100和第二透明导电基板200既具有透光的功能,还具有导电功能,因此,通过第一透明导电基板100和第二透明导电基板200可实现传统的双基板型电致变色器件中基板和设置于基板的导电层相同的功能。离子导体层500即为电解质层,离子导体是指电流由可动离子荷载产生的导体,在离子导体中可动离子溶度较低,其电导率很小;通过离子导体层500能够保证第一对电极薄膜层300和第二对电极薄膜层400之间快速传导离子,同时阻断电子的传输。在一个实施例中,离子导体层500采用熔融盐电解质中的固态锂盐,例如LiNbO3、LiAlO2或LiTaO3等。可以理解,在其它实施例中,离子导体层500还可以采用其它类型的电解质,例如电解质水溶液或有机电介质溶液等,只要能够保证第一对电极薄膜层300和第二对电极薄膜层400之间的快速离子传导,并阻断电子的传输即可。

进一步地,在一个实施例中,第一透明导电基板100包括第一玻璃基板本体110和第一透明导电层130,第一透明导电层130设置于第一玻璃基板本体110且与第一对电极薄膜层300相邻,第二透明基板包括第二玻璃基板本体210和第二透明导电层230,第二透明导电层230设置于第二玻璃基板本体210且与第二对电极薄膜层400相邻。此时,对应的第一透明导电层130和第二透明导电层230分别与外部电源连接,实现在电场的作用下,将离子从离子存储层(即第一对电极薄膜层300)存储经离子导体层500注入电致变色层(即第二对电极薄膜层400),使其发生还原反应而达到电致变色的目的。应当指出的是,电致变色器件可以是包括上述电致变色器件组件的电致变色眼镜和护目镜、致变色显示智能卡和智能标签以及电致变色智能窗等。

上述电致变色器件,电致变色器件组件中分别设置于第一透明导电基板和第二透明导电基板上的第一对电极薄膜层和第二对电极薄膜层,均采用二氧化钛-二氧化铈薄膜,二氧化钛-二氧化铈薄膜有较大的扩散系数,在保证离子注入和抽出都保持透明且具有良好的循环可逆性的同时,还能有效地提高离子存储量和较快的离子扩散速率,并且二氧化钛-二氧化铈薄膜的使用寿命较长,从而有效地提高了电致变色器件的工作可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

再多了解一些
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