[發明專利]一種可穿戴的智能變色器件

有效

• 申請號: 201510119266.2
• 申請日: 2015-03-18
• 公開（公告）號: CN104714348B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 趙九蓬;曲慧穎;李垚;張翔
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02F1/153
• 分類號: G02F1/153
• 代理公司: 北京瑞思知識產權代理事務所(普通合伙)11341
• 代理人: 李濤

技術領域

本發明屬于智能變色器件技術領域，具體涉及對一種可穿戴的智能變色器件及其制備方法。

背景技術

作為現代電子產品的一個嶄新方向，智能電子產品已普及到生活中的各個方面，如智能手機、智能手環、智能眼鏡等。這些智能電子產品的使用，無不依托于其儲能設備?？梢哉f，儲能設備才是實現產品智能化的關鍵。因此，智能電子產品的興起，重燃了人們對研究其儲能設備的興趣。使像超級電容器這種儲能設備可以根據其充電狀態來改變外觀，符合智能化的概念。如果超級電容器可以感測能量存儲的變化程度，并以一種可預測的、明顯的方式表達出來，我們便可以在一個設備停止工作之前迅速做出判斷，從而使工作和生活變得更有效率。

當電致變色材料發生氧化還原反應時，其顏色可以可逆性地變化。作為電致變色材料的代表，導電聚合物聚苯胺(PANI)因其具有色彩豐富、響應速度快、顏色變化明顯等特點而被大量研究和廣泛應用。由于電致變色器件和超級電容器都基于電化學反應并都具有三明治結構，因此，整合了電致變色性能和能量存儲能力的多功能電致變色超級電容器(即儲能電致變色裝置)為實現色彩豐富的智能電子設備提供了一條有效的解決途徑。此外，這種儲能電致變色裝置因其可以同時實現能源的轉換、存儲及合理利用而具有著很高的研究價值。

隨著科技的不斷進步，人們逐漸對智能電子產品有了可穿戴的需求?？纱┐鞯漠a品要求材料具有一定的機械強度，可以被拉伸、扭曲、折疊、弄皺，而沒有性能退化。這些產品能夠適應復雜的非平面表面，有著剛性裝置所不具有的應用領域。

本發明選取可伸縮的透明基底，將碳導電層及PANI電致變色層依次覆于其上，通過制備方法的選擇及制備條件的控制，使其兼顧電致變色性能、能量存儲能力及可穿戴功能。其原理是：作為導電層的碳材料，不僅可以替代電致變色器件中的傳統導電層氧化銦錫(ITO)，降低成本，而且能夠增強導電性，降低電致變色反應電壓，加快響應速度，達到節約能源的目的。同時，由于碳材料與PANI均具有出色的電容性能，使得該裝置在PANI通電變色時儲存能量，即達到充電的效果。當用電器需要電能時，其可作為儲能元件向用電器供電。同時，由于PANI變色時具有淺黃、綠、藍、紫四種不同的顏色，使得該儲能電致變色裝置可以通過PANI感測能量存儲的變化程度，并以顏色變化的形式表達出來。該設計安全有效，節能環保，用途廣泛。

發明內容

本發明的目的是提供一種可穿戴的智能變色器件。本發明的智能變色器件是以可伸縮的基底為基礎，將碳導電層及PANI電致變色層依次覆于其上得到。

本發明的智能變色器件的制備方法包括以下步驟：

(1)可伸縮透明基底的制備：將硅橡膠和固化劑倒入培養皿中，脫氣固化后取出，切割成特定大小的形狀，拉伸作為基底；

(2)碳導電層的制備：將碳材料溶于乙醇后超聲分散，得到分散均勻的碳材料溶液，然后在基底上噴涂或旋涂該溶液；

(3)PANI電致變色層的制備：在去離子水中加入質子酸及苯胺，將覆有碳導電層的基底垂直置于溶液中作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉑片作為對電極，使用計時電流法進行電沉積得到PANI薄膜。

本發明的步驟(1)的具體步驟為：硅橡膠和固化劑以5～15：1的質量比混合倒入培養皿中，脫氣，并在10～70℃固化0.5～3小時，取出，切割成特定大小、形狀，拉伸使其伸長10％～50％，作為基底。

本發明的步驟(2)的具體步驟為：將碳材料溶于乙醇中，配制成0.05～0.2mg/mL的溶液，超聲分散，得到分散均勻的碳材料溶液，并在基底上噴涂或旋涂該溶液。

本發明的步驟(3)的具體步驟為：去離子水中加入濃度為1mol/L～4mol/L的質子酸及1mol/L的苯胺，將覆有碳導電層的基底垂直置于溶液中作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉑片作為對電極，使用計時電流法進行電沉積，沉積溫度為10℃～45℃，在0.5V～1.0V下沉積30s～300s，得到PANI薄膜。

本發明的步驟(1)中使用的培養皿厚度為0.1mm～10mm。

本發明的硅橡膠是聚二甲硅氧烷。

本發明的碳材料是碳納米管。

本發明通過對基底、導電層及電致變色材料的選擇與設計，來實現其對能量的存儲及表達。其原理是將器件通電后，對其施加0V～0.8V的電壓，器件顏色按照淺黃色-綠色-藍色-紫色變化。此時，發生如下的變色反應：