專利名稱：一種無機(jī)－有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料及器件和制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料及器件和制備方法，屬于電致變色材料及器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今信息時(shí)代飛速發(fā)展，在追求超薄、低功耗的平板顯示器的研究中，電致變色顯示器具有低的驅(qū)動(dòng)電壓，超清晰的對(duì)比度，寬闊的視角以及優(yōu)越的記憶效果，成為新型顯示器以及電子書和電子報(bào)紙的研究熱點(diǎn)。加上對(duì)日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題的重視，各國(guó)政府投入了大量的人力和財(cái)力進(jìn)行電致變色材料與器件的研究和開發(fā)。
電致變色材料可分為兩大類，一類為無機(jī)變色材料，最常見的如MoO3，V2O5，NiO2，WO3等等。但是，對(duì)于這類電致變色材料，為了使其著色效率達(dá)到實(shí)用的要求，必須使注入的離子和電子深入到氧化物薄膜體相材料中，結(jié)果其變色轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。另外，這類氧化物薄膜的制備要求較高，如結(jié)晶溫度不宜太高，晶型需要嚴(yán)格控制。所以，這類材料不能作為顯示器用材料。
另一類為有機(jī)電致變色材料，通過電子的得失發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)著色和褪色的可逆變化。與無機(jī)電致變色材料相比較，有機(jī)電致變色材料具有如下幾個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)第一，有機(jī)電致變色材料變色速度很快，可以達(dá)到飛秒級(jí)；第二，有機(jī)電致變色材料著色和褪色對(duì)比度很高，同時(shí)，不同的灰度可以通過外加電場(chǎng)的大小來實(shí)現(xiàn)。這就意味著有機(jī)電致變色材料在超薄器件方面有優(yōu)越性；第三，有機(jī)電致變色材料驅(qū)動(dòng)電壓很低，節(jié)省能源；同時(shí)，即使斷電后，也保持變色效果，具有記憶效果。
因此，通常人們采用無機(jī)薄膜作為變色層，或使用有機(jī)變色材料作為變色層制備電致變色器件。但是，至今為止，無機(jī)一有機(jī)復(fù)合電致變色材料及器件還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是研制出一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，使這類材料具有著色時(shí)間和褪色時(shí)間都快(＜1s)的優(yōu)點(diǎn)。
這種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，它包含了無機(jī)材料和有機(jī)變色材料。
其中無機(jī)材料主要包括TiCl3、TiCl4等一種或者幾種可以產(chǎn)生鈦離子的無機(jī)鈦源。其中的一種或者幾種無機(jī)鈦源溶于水或者有機(jī)溶劑，便可以得到Ti+3或者Ti+4的溶液。這種無機(jī)鈦離子的溶液為透明淡黃色。
有機(jī)變色材料主要是各種紫羅精(viologen)，其中包括甲基紫精，乙基紫精等直鏈紫精；以及各類紫精聚合物，如聚乙基紫精等。將紫羅精按照適當(dāng)?shù)谋壤苋霟o機(jī)鈦離子的溶液，就可以得到有機(jī)-無機(jī)復(fù)合變色溶液。這種溶液為透明無色。
為了提高著色效率和響應(yīng)時(shí)間，通過鈦離子和紫羅精分子的比例來實(shí)現(xiàn)。一般的鈦離子和紫羅精的摩爾配比范圍在1∶50-10∶1之間。
本發(fā)明的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料，其著色和褪色的反應(yīng)機(jī)理在于有機(jī)和無機(jī)物對(duì)于電子的爭(zhēng)奪上，以甲基紫精和Ti+4的體系為例，當(dāng)有外加電流時(shí)，發(fā)生如下反應(yīng)(1)當(dāng)外接電壓去掉時(shí)，發(fā)生如下反應(yīng)(2)本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新型溶液型電致變色器件和制備方法，如說明書附圖中圖1所示，這種新型溶液型電致變色器件包括襯底(a、f)，導(dǎo)電電極(b、e)，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料(g)，絕緣薄膜(d)，封裝材料(c)。
其中襯底采用光學(xué)玻璃或者柔性透明塑料，導(dǎo)電電極由金屬氧化物的導(dǎo)電薄膜制成，可以通過sol-gel，磁控濺射技術(shù)，CVD，PVD等技術(shù)制備，封裝材料可采用UV固化膠或硅橡膠或雙面膠。
器件采用三明治結(jié)構(gòu)，共三層。導(dǎo)電電極附著在襯底上，導(dǎo)電電極面相向朝里，絕緣薄膜作為墊片，控制兩個(gè)導(dǎo)電面間的距離，在兩層導(dǎo)電電極之間，封裝一層無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料。絕緣薄膜的外面用封裝材料粘合并且固化。在兩層導(dǎo)電電極之間加上直流低壓驅(qū)動(dòng)電壓，就可以實(shí)現(xiàn)色彩的可逆變化。
本器件的制備方法是首先在襯底層上制備表面導(dǎo)電電極層。然后，將這種具有表面導(dǎo)電電極的襯底的導(dǎo)電面朝里，三邊用絕緣薄膜作為空間，控制兩個(gè)導(dǎo)電面間的距離，絕緣薄膜的外面用封裝材料粘合并且固化。最后，將有機(jī)-無機(jī)復(fù)合的電致變色材料用注入其中，注口處用封裝材料固化，電極的連接可以選擇在封裝之前或者封裝之后，這種電致變色器件只要在外接直流電壓的驅(qū)動(dòng)下變色。去掉電壓，就可以褪色。外加驅(qū)動(dòng)電壓在3-5V DC之間可方便選擇。
這種新型電致變色器件具有如下的特點(diǎn)(1)本發(fā)明的器件是將通常電致變色器件的變色層和離子導(dǎo)電層用有機(jī)-無機(jī)復(fù)合的電致變色材料替代，具有簡(jiǎn)單的三明治結(jié)構(gòu)。
(2)該類新型電致變色器件質(zhì)量輕、成本低，并且制備工藝簡(jiǎn)單，在實(shí)現(xiàn)快速著色的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)了快速褪色(＜1s)。
由于上述特點(diǎn)，本發(fā)明可以滿足智能窗以及防眩鏡的要求，另外在平板型的電致變色顯示器方面，顯示了較大的潛力。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。包括襯底(a、f)，導(dǎo)電電極(b、e)，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料(g)，絕緣薄膜(d)，封裝材料(c)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但并非僅局限于實(shí)施例。
在光學(xué)玻璃上磁控濺射的ITO薄膜(厚度100-300nm)，可以簡(jiǎn)稱為ITO玻璃。其透光率＞80％，電阻率小于200Ω·cm。其電阻率越小越好。
將ITO玻璃切割成2.5×3cm2大小，用絕緣薄膜貼在ITO玻璃導(dǎo)電面的三個(gè)邊上，邊緣外留有一定的空間。將另外一塊ITO玻璃的導(dǎo)電面朝里放在絕緣薄膜組成的墊圈上，用夾子夾住，將兩塊ITO玻璃之間的墊圈外面，用UV固化膠封裝固化；采用TiCl4和甲基紫精為原料，按鈦離子和紫羅精的摩爾配比范圍在1∶20配制有機(jī)-無機(jī)復(fù)合變色溶液，先通入氮?dú)?0min，然后，用注射器將有機(jī)-無機(jī)復(fù)合變色溶液注入，注射口用UV固化膠封住。在兩個(gè)襯底導(dǎo)電電極引出電極外接直流電源，即可得到如圖1所示的電致變色器件，實(shí)現(xiàn)電致變色。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，其特征在于包含無機(jī)材料和有機(jī)變色材料，其中無機(jī)材料是一種或者幾種可以產(chǎn)生鈦離子的無機(jī)鈦源溶于水或者有機(jī)溶劑，有機(jī)變色材料是紫羅精。
2.按權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，其特征在于所述的鈦離子和紫羅精的摩爾配比在1∶50-10∶1。
3.按權(quán)利要求1或2所述的一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，其特征在于所述的無機(jī)鈦源為TiCl3或TiCl4。
4.按權(quán)利要求1或2所述的一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，其特征在于所述的紫羅精包括直鏈紫精和紫精聚合物。
5.一種使用權(quán)利要求1或2或3或4所述的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料制備的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色器件，其特征在于器件包括襯底(a、f)，導(dǎo)電電極(b、e)，有機(jī)-無機(jī)復(fù)合變色溶液(g)，絕緣薄膜(d)，封裝材料(c)；器件采用三明治結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電電極附著在襯底上，導(dǎo)電電極面相向朝里，絕緣薄膜作為墊片，控制兩個(gè)導(dǎo)電面間的距離，在兩層導(dǎo)電電極之間，封裝一層無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料。絕緣薄膜的外面用封裝材料粘合并且固化。
6.按權(quán)利要求5所述的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色器件，其特征在于襯底采用光學(xué)玻璃或者柔性透明塑料，導(dǎo)電電極采用導(dǎo)電薄膜制成，封裝材料采用UV固化膠或硅橡膠或雙面膠；
7.按權(quán)利要求5或6所述的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色器件的制備方法，其特征在于首先通過sol-gel，磁控濺射技術(shù)，CVD，PVD的方法在襯底層上制備表面導(dǎo)電電極層，然后，將這種具有表面導(dǎo)電電極的襯底的導(dǎo)電面朝里，三邊用絕緣薄膜作為空間，控制兩個(gè)導(dǎo)電面間的距離，絕緣薄膜的外面用封裝材料粘合并且固化，最后，將有機(jī)-無機(jī)復(fù)合的電致變色材料用注入其中，注口處用封裝材料固化，電極的連接可以選擇在封裝之前或者封裝之后。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無機(jī)—有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色材料及器件和制備方法，屬于電致變色材料及器件領(lǐng)域。該有機(jī)—無機(jī)復(fù)合溶液型的電致變色材料，包含無機(jī)材料和有機(jī)變色材料，其中無機(jī)材料是一種或者幾種可以產(chǎn)生鈦離子的無機(jī)鈦源溶于水或者有機(jī)溶劑，有機(jī)變色材料是紫羅精。該無機(jī)—有機(jī)復(fù)合溶液型電致變色器件包括襯底(a、f)，導(dǎo)電電極(b、e)，有機(jī)—無機(jī)復(fù)合變色溶液(g)，絕緣薄膜(d)，封裝材料(c)。制備該器件時(shí)首先通過sol－gel，磁控濺射技術(shù)，CVD，PVD的方法在襯底層上制備表面導(dǎo)電電極層。然后，將這種具有表面導(dǎo)電電極的襯底的導(dǎo)電面朝里，三邊用絕緣薄膜作為空間，控制兩個(gè)導(dǎo)電面間的距離，絕緣薄膜的外面用封裝材料粘合并且固化。最后，將有機(jī)—無機(jī)復(fù)合的電致變色材料用注入其中，注口處用封裝材料固化，再連接上電極。
文檔編號(hào)C09K9/00GK1793279SQ200510112409
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者葛萬銀, 李永祥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所