[發(fā)明專利]用于可見光和IR調(diào)制的多重控制電致變色器件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280031620.0
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN103620490A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約翰·羅伯特·雷諾茲;瑞安·邁克爾·瓦爾恰克;安德魯·加布里埃爾·林茲勒;斯維特拉娜·瓦西里耶娃;奧布里·林恩·戴爾
• 申請（專利權(quán)）人: 佛羅里達(dá)大學(xué)研究基金會有限公司
• 主分類號: G02F1/15
• 分類號: G02F1/15;E06B9/24
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;彭鯤鵬

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2011年6月30日提交的美國臨時(shí)申請序列號61/503,015的權(quán)益，其全部內(nèi)容(包括任何圖、表或附圖)通過引用并入本文。

背景技術(shù)

每年，美國總能源消耗的約4％是窗效率低下導(dǎo)致的，由于不良隔熱和對太陽輻射的高傳輸，其允許建筑中不希望的熱增益或損失而增加制冷或制熱成本。窗的移除或覆蓋需要增加照明成本以及減少自然光的美學(xué)及其他益處，已經(jīng)證明這些美學(xué)及其他益處增加勞動力的生產(chǎn)力和幸福感。百葉窗是用來避免破壞性的強(qiáng)光，通常他們在強(qiáng)光停止時(shí)不再開。

為了克服這些缺點(diǎn)，動態(tài)的窗是節(jié)能窗研究的焦點(diǎn)。可以在施加受控電壓時(shí)可控地調(diào)制可見光和/或熱通量特性的電致變色窗是減輕窗低效率的有希望候選，因?yàn)榇暗臒嵬刻匦钥梢允謩踊蜃詣拥乜刂啤Ｈ欢呀?jīng)證明沒有系統(tǒng)可獨(dú)立地并同時(shí)改變窗的熱流(近紅外(NIR)和/或中紅外(MIR)透射)和可見透明率。盡管銦錫氧化物(ITO)可以用作動態(tài)窗中的透明電極(S)，其固有特性使得其在柔性電致變色器件(f-ECD)中的使用存在許多缺點(diǎn)。例如，當(dāng)反復(fù)彎曲時(shí)，塑料上的ITO斷裂，變得無法使用，使其不適用于改造現(xiàn)有窗。此外，ITO反射紅外(IR)光，因此，其不允許紅外透射達(dá)到與可能期望的同樣高的水平。

除了智能窗應(yīng)用，在適當(dāng)?shù)腎R透明傳導(dǎo)基底上的吸收/透射IR?f-ECD可以用作用于IR檢測器和成像系統(tǒng)的可彎曲的、輕質(zhì)的IR遮光器和濾光器。IR技術(shù)領(lǐng)域?qū)囊雈-ECD作為高成本重型機(jī)械對應(yīng)物的替代中極大地獲益。

發(fā)明概要

本主題發(fā)明的實(shí)施方案涉及ECD，所述ECD使得能夠通過ECD中一個或更多個電致變色單元的調(diào)節(jié)同時(shí)獨(dú)立地控制熱和光。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，電致變色系統(tǒng)包括至少一個電致變色單元，其中具有多個單元的這些ECD包括單元中至少一個的至少一個電極，所述單元包括含有膜的單壁碳納米管(SWNT)。

每個單元包括工作電極、電致變色層、電解質(zhì)層和電荷(charge)平衡層。在一個實(shí)施方案中，各個電致變色單元使用改變其在可見光和/或紅外譜區(qū)域吸收/透射或反射的電致變色材料，使得能夠同時(shí)實(shí)施可見光控制和紅外調(diào)制或僅紅外線對照。ECD可以用作“智能窗”或用作檢測/成像系統(tǒng)中的IR遮光器/濾光器。在另一個實(shí)施方案中，多個獨(dú)立的電致變色單元之一使用改變其在可見光的吸收或反射的電致變色材料，而第二單元使用改變其在紅外的吸收或反射的電致變色材料。因此，當(dāng)使用系統(tǒng)作為“智能窗”時(shí)，通過獨(dú)立地控制施加到電致變色單元的電壓，可獨(dú)立地控制熱輻射(IR)和可見光的通過。

ECD還可以包括用于自動控制的溫度和/或光傳感器。在一個實(shí)施方案中，光傳感器包括在使用可見吸收或反射的電致變色材料的單元的回路中，溫度傳感器包括在使用紅外吸收或反射的電致變色材料的單元的回路中。

ECD可以是獨(dú)立的或者其可以是應(yīng)用到現(xiàn)有表面上的層合體形式。ECD使得能夠手動或自動控制通過系統(tǒng)的光與熱(紅外)。

附圖說明

圖1示出了以下的透射譜：150nm厚獨(dú)立的SWNT膜(上部曲線)，AM1.5G太陽輻射譜(λ_最大＝1.6485W/m^-2·nm^-1)，(來自ASTM?G173-03參照譜的右曲線)，和使用普朗克(Planck)方程計(jì)算得到的來自黑體輻射器在23.9℃的輻射(λ_最大29.8＝W·m^-2·μm^-1)(左曲線)，其中頂部的箭頭表示通常的電磁譜區(qū)域，陰影部分表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的譜的部分，其中在電致變色器件(ECD)中至少一個電極的透明性是期望的。

圖2示出了在聚乙烯(PE)(0.001和0.003英寸厚)上60nm?SWNT膜的透射譜，其顯示SWNT/PE在MIR區(qū)域的高(70-80％)透射率。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的具有兩個獨(dú)立的電致變色單元的電致變色器件(ECD)，其中兩個包括電極的SWNT沉積在中央公公用基底的兩側(cè)上。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的可以與SWNT膜在ECD中使用的“粘性PF”的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的包括單個單元的ECD，其中可見光和IR在具有兩個包括電極的SWNT的單個電致變色單元中被同時(shí)調(diào)制。