[發明專利]基于動態金屬-配體絡合的電致變色材料、電致變色器件

在審

• 申請號: 202010037997.3
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111117594A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 張宇模;王宇洋;張曉安
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C09K9/02
• 分類號: C09K9/02;C07F1/08;G02F1/1516;G02F1/1524
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 郭智

本發明屬于電致變色材料技術領域，公開了一種基于動態金屬?配體絡合的電致變色材料、電致變色器件，由金屬離子，變色材料和電解質混合而成，基于動態金屬?配體絡合作用設計的電致變色器件，電致變色器件的結構分為液態電致變色器件結構和固態電致變色器件結構。液態電致變色器件結構分為第一電極、電致變色媒介、第二電極。固態電致變色器件結構分為第一電極、電致變色媒介、離子交換膜、輔助媒介、第二電極。本發明實現了全可見光譜可調、高對比度、同時具備高著色效率、快速的電致變色響應、優異的循環可逆性以及超低成本，制備工藝簡單的優點。

技術領域

本發明屬于電致變色材料技術領域，尤其涉及一種基于動態金屬-配體絡合的電致變色材料、電致變色器件。

背景技術

目前，最接近的現有技術：現有電致變色材料都是基于電子轉移的機理，主要可以分為：無機氧化物類電致變色材料、有機和聚合物類電致變色材料、金屬有機配位物類電致變色材料。

以三氧化鎢為代表的無機氧化物類電致變色材料具有無機物固有的穩定性好，抗紫外疲勞性的特點。以三氧化鎢為例，電刺激下能夠實現無色到藍色的可逆變化。其變色機理是：施加電壓時，WO₃發生氧化/還原，同時陽離子在其晶格內的嵌入與脫出使得氧化物晶相結構發生變化，進而產生材料顏色的改變。WO₃+M⁺+e^-→M_xWO₃。由于無機材料所固有的結構可修飾性差，不易實現多色調節，顯示顏色較為單一，循環可逆性較差，著色效率低、同時由于其導電性差，導致其相同電壓刺激下對比度不高，以及常采用的磁控濺射較高成本的制備工藝等制約了其在實際生活中的應用。共軛聚合物和紫羅精為代表的有機和聚合物類電致變色材料，以共軛聚合物聚噻吩為例，當分子被氧時，可以在其價帶和導帶之間逐漸形成具有更小帶隙的極化子能級和雙極化子能級，進而產生吸收光譜的變化。通過對其發色團上進行推吸電子結構的修飾可獲得具有顏色可調的優點、并且其著色效率高，對比度高，由于反應過程中不穩定自由基的存在以及氧化還原位點和變色位點處于同一結構基元導致著色/褪色狀態的光學記憶效應比較差。同時往往需要復雜的合成過程，成本較高。傳統有機金屬配合物類電致變色，其原理是基于中心金屬離子發生氧化還原后，使得配體到金屬離子之間的電子躍遷受阻，導致配體吸收光譜發生移動產生顏色的改變，但由于其吸收光譜一般比較寬，導致其色純度較低，響應速度較慢同樣限制了其應用。

綜上所述，現有技術存在的問題是：現有技術基于無機氧化物類電致變色材料顏色較為單一，循環可逆性較差，著色效率低、對比度不高。盡管有機電致變色具有較好的顏色可調性，但是其色純度不夠高，不同顏色的分子需要復雜的合成，成本較高，較難實現全光譜范圍內高對比度變化，氧化還原過程中產生的不穩定自由基不利于著色/褪色狀態的穩定，不利于循環的可逆性。

解決上述技術問題的難度：傳統的無機、有機電致變色材料以及有機金屬配合物類材料由于受其固有的氧化還原機理的限制，較難從根本上解決其固有的性能缺陷。以無機電致變色材料為例，盡管人們目前開發了多種制備材料的工藝，包括化學氣相沉積，電沉積，溶膠-凝膠技術等，通過更加簡單易得的方式制備了各種納米材料,例如含納米顆粒，納米棒，納米線的電致變色薄,在降低了其成本的同時，大大提高了其響應速度、循環可逆性等性能，其原因在于擴大了反應的表面積，增大了離子遷移的動力學。但是其結構的修飾性差，較難制備多色展示的電致變色材料。有機共軛聚合物在實現多色顯示材料過程中復雜的設計合成也是難以避免，不穩定自由基也難以消除，性能的提高依舊受限。盡管眾多課題組做了大量研究工作，依舊主要圍繞原有材料的修飾，難以從根本上解決電致變色所遇到的瓶頸，同時在新的的電致變色機理開發方面進展緩慢。

解決上述技術問題的意義：通過開發基于動態金屬-配體絡合新的電致變色機理，利用金屬離子優異的電化學穩定性以及染料分子種類可選擇性廣，材料簡單易得，摩爾吸收光譜高等優點，克服傳統電致變色材料固有的顏色可調性差，色純度低，制備成本高，穩定性不好的固有缺陷，通過提高電致變色的性能，真正推動電致變色材料應用于日常生活的顯示領域。

發明內容