專利名稱：具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電致變色裝置，特別是有關(guān)于一種具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，藉由該納米材料可降低該電致變色元件所需的驅(qū)動(dòng)電壓、具有快速變色能力及延長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
一般而言，電致變色裝置是指一種在提供一電場時(shí)，產(chǎn)生電化學(xué)的氧化還原反應(yīng)，造成光線穿透特性的改變，進(jìn)而造成顏色變化的裝置。其中，該過程為一可逆過程，當(dāng)無外加電場時(shí)，該電致色變材料即恢復(fù)原有特性。利用電致變色材料的特性，可制成電致色變顯示設(shè)備。電致變色材料目前可應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如:車輛鑲嵌玻璃(如車窗、天窗)、大樓鑲嵌玻璃、顯示設(shè)備、光學(xué)元件、鏡體及電磁波照射的遮蔽物等等，其功用在于可有效地阻隔外界(如光、熱)的干擾。其中，電致變色材料被分類為還原呈色材料與氧化呈色材料。還原呈色材料是指因獲得電子而呈色者，一般包括氧化鎢；同時(shí)，氧化呈色材料是指因失去電子而呈色者，一般包括氧化鎳與氧化鈷；其他包括無機(jī)金屬氧化物的電致發(fā)光材料如:Ir (0H)x，MoO3, V2O5, TiO2等等。值得注意的是，上述的電致發(fā)光材料皆必須在含有鋰離子或氫離子的電解質(zhì)環(huán)境中方能產(chǎn)生顏色的變化。申請(qǐng)人:一本鍥而不舍的精神，研究出一種電致變色元件，其電致變色層包含若干納米材料。藉由該納米材料，該電致變色元件具有較低的驅(qū)動(dòng)電壓、具有快速變色能力及延長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在于一種電致變色元件，其電致變色層包含若干納米材料，藉由該納米材料，該電致變色元件具有較低的驅(qū)動(dòng)電壓、具有快速變色能力及延長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述的問題，本發(fā)明提供一種具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，包含:一第一透明基材，其上表面有一透明導(dǎo)電層；一電致變色層，形成于該第一透明基材的透明導(dǎo)電層之上，該電致變色層包含若干納米線；一導(dǎo)離電解質(zhì)層，形成于該電致變色層上；一離子儲(chǔ)存層，形成于該該電解質(zhì)層上；以及一第二透明基材，其下表面有一透明導(dǎo)電層，位于該離子儲(chǔ)存層上，使該導(dǎo)電層夾置于該離子儲(chǔ)存層與該第二透明基材之間。根據(jù)本發(fā)明的一特征，其中該電致變色層中的該納米線是選自氧化鋅納米線、氧化鎢納米線、氧化鑰納米線或氧化鎢鑰納米線之一或多者組合。本發(fā)明具有下列的功效:1.該電致變色裝置的驅(qū)動(dòng)電壓為I伏特至4伏特之間。比較一般驅(qū)動(dòng)電壓40伏特至80伏特，有相當(dāng)大幅度明顯的差距，可達(dá)到降低作業(yè)電壓又節(jié)省能源的功能。2.氧化還原次數(shù)高，壽命長。電致變色層、透明導(dǎo)電膜、離子儲(chǔ)存層均為納米材料，經(jīng)氧化還原實(shí)驗(yàn)，其還原次數(shù)可高達(dá)一萬次到一萬二千次左右，使用壽命也較長。
3.明暗對(duì)比度佳?？捎行г黾与x子傳導(dǎo)速度，并縮短去/著色時(shí)間，在可見光譜500nm波長照射下，氧化鎢鑰納米線退色穿透率70.2 %，變色穿透率43.2 %，穿透率變化27%。4.導(dǎo)離電解質(zhì)層為離子液體與一膠狀聚合物所混合而成，明顯改善習(xí)知技術(shù)的有機(jī)電解質(zhì)揮發(fā)、耗盡、溢漏不環(huán)保及使用壽命短的缺點(diǎn)。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明。


圖1顯示為本發(fā)明的一種具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置的剖面圖。圖2顯示為本發(fā)明的一種具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置的立體圖。附圖標(biāo)記I具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置11第一透明基材12透明導(dǎo)電層13納米電致變色層14導(dǎo)離電解質(zhì)層15離子儲(chǔ)存層16透明導(dǎo)電層17第二透明基材
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置(I)的結(jié)構(gòu)示意圖，其構(gòu)件主要包含:一第一透明基材(11);一第一透明導(dǎo)電層(12);—納米電致變色層(13)導(dǎo)離電解質(zhì)層(14);一離子儲(chǔ)存層(15);—第二透明導(dǎo)電層(16)第二透明基材(17)。其中，該第一透明導(dǎo)電層(12)被覆于該第一透明基材(11)的表面，形成一第一透明導(dǎo)電基材；該電致變色層(13)被覆于該第一透明導(dǎo)電基材的表面，該電致變色層是由一納米線材料所組成；該第二透明導(dǎo)電層(16)被覆于該第二透明基材(17)的表面，形成一第二透明導(dǎo)電基材；該離子儲(chǔ)存層(14)被覆于該第二透明基材的表面；以及該導(dǎo)離電解質(zhì)(14)，是由一離子液體與一膠狀聚合物所混合而成，填充于含有該電致變色層(13)的該第一透明導(dǎo)電基材與含有該離子儲(chǔ)存層(15)的該第二透明導(dǎo)電基材之間。其中，該第一透明基材(11)與該第二透明基材(17)是選自于玻璃基板、塑料基板或合成樹脂可撓性基板之一。其元件的不同點(diǎn)在于使用的導(dǎo)電基材不同。若基材皆為玻璃，即為穿透式元件，可應(yīng)用于智能型窗戶與濾光板，光線穿透量的多寡可由導(dǎo)電基材的電位決定。若基材一面為透明導(dǎo)電玻璃，另一面為具有反射性質(zhì)的不透光基材，即為反射式元件，可應(yīng)用于后視鏡或顯示器上。如上所述的第一透明導(dǎo)電層(12)與第二透明導(dǎo)電層(16)為氧化銦錫(ITO)、摻氟氧化錫(FTO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鍺鋅(GZO)或納米碳管。
氧化銦錫薄膜是由氧化銦(In2O3)摻雜氧化錫(SnO2)所組成，一般ITO在In2O3/SnO2 = 90/10時(shí)，擁有最低的電阻比及最高的光穿透率，可見光穿透率可達(dá)到80 90%之間。IZOdndium Zinc Oxide)為In2O3加入7-10%的ZnO所組成的材料，其優(yōu)點(diǎn)在于可以低溫成膜，在室溫制程下得到的IZO為非晶質(zhì)，可用弱酸蝕刻，降低導(dǎo)線材的損傷，且IZO膜表面平滑，適合大面積面板的生產(chǎn)。ZnO為母材所組成的導(dǎo)電材料，因?yàn)閆n(鋅)金屬較In(銦)產(chǎn)量豐富而低廉，同時(shí)較無毒性且比ITO容易蝕刻。但因純ZnO的電阻過高，當(dāng)環(huán)境溫度高于150°C以上，其電性的穩(wěn)定度不佳，而為了得到低電阻，可摻雜微量元素如In、Al、Ga 等。該電致變色層13的該納米線材料是選自氧化鋅納米線、氧化鎢納米線、氧化鑰納米線或氧化鎢鑰納米線之一或多者組合。此處所定義的納米線是指其結(jié)構(gòu)中有二維的尺寸是介于I至100納米之間，而于其長度方面可以超過100納米。對(duì)納米線材料的二維的尺寸通常以線徑在介于I至100納米之間作為納米線材料的定義。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該納米線材料的線徑是介于10至100納米之間,較佳是介于30至60納米之間。需注意的是，在本發(fā)明中，電致變色層13的該納米線材料是為一具有針狀納米結(jié)構(gòu)的金屬氧化物所組成。其中，該針狀納米結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)類似納米柱或納米線的結(jié)構(gòu)，其柱或線結(jié)構(gòu)由底端到頂端的直徑寬度可以逐漸地變小。在本發(fā)明中，作為電致變色層13的該納米線材料較佳是采用納米氧化鎢所組成。然而需注意的是，并不限于納米氧化鎢層。具有納米結(jié)構(gòu)的氧化鎢，其二維的線徑大小是介于30納米至60納米之間，且是經(jīng)由一溶膠-凝膠法制備而成。溶膠-凝膠是由一有機(jī)金屬化合物與一碳?xì)浠衔锘隙?，此外，有機(jī)金屬化合物與碳?xì)浠衔锏幕蠝囟仁窃?5°C至100°C之間。隨著針狀氧化鎢的針狀結(jié)構(gòu)的直徑變小，比表面積將會(huì)顯著增大，也就是表面原子數(shù)所占的百分比將會(huì)顯著的增加，直徑IOnm的顆粒大約有15%的原子位在顆粒表面，而直徑Inm的納米粒子上幾乎所有的原子都是表面原子。納米氧化鎢層的比表面積S將可以提高至80m2/g以上，提高吸附于其上的電解液，進(jìn)而提高其電子導(dǎo)通率，可降低該電致變色裝置所需的驅(qū)動(dòng)電壓，使得電致變色元件具有快速變色能力及延長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。。氧化鎢為到目前為止最被廣為研究的材料，而氧化鑰也有相似的電致變色性質(zhì)。雖然氧化鑰的變色效果不及氧化鎢，然而氧化鑰變色時(shí)吸收光的最大值比較靠近可見光，人類對(duì)其變化較敏感，所以仍有多種用途。當(dāng)材料納米化之后，許多特性將被增強(qiáng)或改變。其中，氧化鶴鑰變色理論:帶正電的離子(如H+或Li+)與電子同時(shí)注入MoO3并吸收光能而成變HMoO3，即電子由Mo5+跳到Mo6+的電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行時(shí)需吸收光而產(chǎn)生變色效果，氧化鎢與氧化鑰反應(yīng)簡式:
權(quán)利要求
1.一種具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，包括: 一第一透明基材，其上表面有一第一透明導(dǎo)電層； 一電致變色層，形成于該第一透明基材的該第一透明導(dǎo)電層之上，該電致變色層是由一納米線材料所組成； 一導(dǎo)離電解質(zhì)層，形成于該電致變色層上； 一離子儲(chǔ)存層，形成于該電解質(zhì)層上，該離子儲(chǔ)存層是由一納米薄膜材料所組成；以及 一第二透明基材，其一表面設(shè)有一第二透明導(dǎo)電層，使該第二透明導(dǎo)電層夾置于該離子儲(chǔ)存層與該第二透明基材之間； 其中該電致變色層中的該納米線材料是選自氧化鋅納米線、氧化鎢納米線、氧化鑰納米線或氧化鎢鑰納米線之一或其多者的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該第一透明導(dǎo)電層及第二透明導(dǎo)電層是選自氧化銦錫(ITO)、摻氟氧化錫(FTO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鍺鋅(GZO)或納米碳管之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該電致變色層中的該納米線材料的線徑是介于30至60納米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該電致變色層中的該納米線材料為氧化鎢納米線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該電致變色層中的該納米線材料為氧化鎢鑰納米線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該導(dǎo)離電解質(zhì)層是為一離子液體與一膠狀聚合物所混合而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該離子儲(chǔ)存層的該納米薄膜材料為選自于納米氧化鎳薄膜與納米氧化鎳鐵薄膜之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該導(dǎo)離電解質(zhì)層的膠狀聚合物是選自聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚偏二 氟乙烯(polyvinylidene difluoride, PVDF)、聚氯乙烯(polyvinylchloride, PVC)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide, ΡΕ0)以及聚甲基丙烯酸輕乙酯(poIyhydroxyethyI methacrylate, PHEMA)、乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinylaccetate copolymer, EVA)、聚乙烯酉享(Polyvinyl alcohol, PVA)之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置，其特征在于，該離子儲(chǔ)存層的該納米薄膜材料為納米氧化鎳薄膜。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種具有納米電致變色材料結(jié)構(gòu)的電致變色裝置。該電致變色裝置主要包括一第一透明基材、一透明導(dǎo)電層、一電致變色層、一導(dǎo)離電解質(zhì)層、一離子儲(chǔ)存層、一透明導(dǎo)電層以及一第二透明基材，其中該電致變色層是為納米材料結(jié)構(gòu)所組成，可降低該電致變色裝置所需的驅(qū)動(dòng)電壓，使得電致變色元件具有快速變色能力及延長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/153GK103186004SQ20111044872
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者李炳寰 申請(qǐng)人:亞樹科技股份有限公司