一种电致变色薄膜及其制备方法和设备
阅读说明：本技术 一种电致变色薄膜及其制备方法和设备 (Electrochromic film and preparation method and equipment thereof ) 是由 赵强国 郝李伟 丁锋 王晨鑫 王亚飞 贲晓燕 王兰芳 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：一种电致变色薄膜及其制备方法和设备,其主要涉及功能材料领域。本发明提供的电致变色薄膜制备方法制备的对电极层具有稳定可逆氧化还原反应,与电致变色层性能相兼容,响应速度快,且两极所注入的电荷量相近,各层材料均有较好的匹配性和耐久性；制备所得的电致变色薄膜具备良好的电致变色性能；此薄膜制备设备采用精密涂布方法进行涂布,可精确控制电解质层涂布厚度,使涂布更加均匀稳定,提升产品质量；设备在WO-(3)薄膜涂布电解质层后,可与NiO-(x)薄膜进行复合后直接得到电致变色膜,减少了电解质层被污染的时间,提升产品质量,减少生产成本。故本发明提供的电致变色薄膜及其制备方法和设备,具有重要的工业推广应用价值。(An electrochromic film and a preparation method and equipment thereof, which mainly relate to the field of functional materials. The counter electrode layer prepared by the preparation method of the electrochromic film provided by the invention has stable reversible redox reaction, is compatible with the electrochromic layer in performance, has high response speed, has similar charge quantity injected into the two electrodes, and has better matching property and durability; the prepared electrochromic film has good electrochromic performance; the film preparation equipment adopts a precise coating method for coating, can precisely control the coating thickness of the electrolyte layer, enables the coating to be more uniform and stable, and improves the product quality; the apparatus is described in WO 3 After the thin film is coated with the electrolyte layer, NiO can be added x The electrochromic film is directly obtained after the film is compounded, so that the time for polluting an electrolyte layer is reduced, the product quality is improved, and the production cost is reduced. Therefore, the electrochromic film, the preparation method and the equipment thereof provided by the invention have important functionsThe industrial popularization and application value.)
技术领域
本发明涉及功能材料领域，具体而言，涉及一种电致变色薄膜及其制备方法和设备。
背景技术
电致变色材料由于其能够控制光能、对透射光强度的连续可调性、能够消除车辆后视镜炫光、开路记忆功能等特点，在建筑用窗、车辆玻璃上有着广泛的应用前景。
现有的技术中，电致变色材料存在以下主要问题：不均匀着色导致靠近电极的地方局部着色，甚至发生材料的不可逆退化；颜色较单一，光学性能差；由于离子需通过晶格扩散，因而颜色转换慢；离子的注入和抽出会分别导致薄膜层的张应力或压应力状态改变，致使薄膜层出现开裂或脱落等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电致变色薄膜及其制备方法和设备，其能够解决现有技术中存在的上述“不均匀着色导致靠近电极的地方局部着色，甚至发生材料的不可逆退化；颜色较单一，光学性能差；由于离子需通过晶格扩散，因而颜色转换慢；离子的注入和抽出会分别导致薄膜层的张应力或压应力状态改变，致使薄膜层出现开裂或脱落等现象。”的技术问题。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。
本发明提出一种电致变色薄膜的制备方法，其包括以下步骤：选用基材，并在所述基材上通过磁控溅射法分别制备非晶态的WO3薄膜和纳米晶结构NiOx薄膜；将EDOT-C6F13-LiCLO4在溶剂中预分散，得到预分散溶液；将所述预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于所述WO3薄膜，经过一次热固化后与所述NiOx薄膜进行复合，再经过二次热固化后得到所述电致变色薄膜。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述溶剂为甲醇、二甲苯、乙腈、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮以及甲基异丁酮中的一种或几种任意比例的混合物。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述基材为两片，且均为ITO透明导电薄膜。
进一步地，在本发明较佳实施例中，将所述预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于所述WO3薄膜，在所述WO3薄膜上形成第一电解质层；与所述NiOx薄膜进行复合，在所述NiOx薄膜上形成第二电解质层；所述第一电解质层和所述第二电解质层的厚度均为5~8 μm。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述一次热固化和所述二次热固化是在50~150℃的条件下进行。
进一步地，在本发明较佳实施例中，在进行预分散时，所述EDOT-C6F13-LiCLO4和所述溶剂的质量比例为92：8。
本发明实施例还提供一种电致变色薄膜，所述电致变色薄膜由上述的电致变色薄膜的制备方法制备所得。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述电致变色薄膜沿厚度方向依次包括第一ITO导电膜、WO3薄膜所构成的电致变色层、第一电解质层、第二电解质层、NiOx薄膜构成的对电极层和第二ITO导电膜。
本发明实施例还提供一种制备如上述的电致变色薄膜的设备，其沿加工流程方向依次包括1号放卷装置、狭缝涂布装置、热固化装置、复合装置和收卷装置，所述热固化装置和所述复合装置之间还设置有2号放卷装置，以使热固化后的薄膜和所述2号放卷装置的薄膜能够在所述复合装置中进行复合。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述1号放卷装置、所述狭缝涂布装置、所述热固化装置、所述复合装置和所述收卷装置之间依次传动连接，所述2号放卷装置和所述复合装置之间传动连接；所述热固化装置还设置有用于对所述热固化装置中薄膜进行纠偏的纠偏装置；在所述复合装置的出口端还设置有除静电装置。
本发明实施例的电致变色薄膜及其制备方法和设备的有益效果是：此薄膜制备方法制备的对电极层具有稳定可逆氧化还原反应，与电致变色层性能相兼容，响应速度快，且两极所注入的电荷量相近，各层材料均有较好的匹配性和耐久性；此薄膜制备设备采用精密涂布方法（包括但不限于狭缝涂布、微凹涂布等）进行涂布，可以精确控制电解质层涂布厚度，使涂布更加均匀稳定，提升产品质量；设备在WO3薄膜涂布电解质层后，可与NiOx薄膜进行复合后直接得到电致变色膜，减少了电解质层被污染的时间，提升产品质量，减少生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供电致变色薄膜制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供电致变色薄膜的结构模型示意图；
图3为本发明实施例提供电致变色薄膜的制备设备的布局示意图；
图4为本发明实施例提供的薄膜样品于380 nm-1100 nm之间在初始阶段（a）、着色阶段（b）以及褪色阶段（c）的透过率对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种电致变色薄膜及其制备方法和设备进行具体说明。
请参照图1，本发明实施例提供的一种电致变色薄膜的制备方法，其包括以下步骤：
S1、选用基材，并在基材上通过磁控溅射法分别制备非晶态的WO3薄膜和纳米晶结构NiOx薄膜。需要说明的是，可选地，基材为两片，且均为ITO透明导电薄膜。
S2、将EDOT-C6F13-LiClO4在溶剂中预分散，得到预分散溶液。需要说明的是，进一步具体地，其中，EDOT指的是3,4-乙烯二氧噻吩；溶剂为甲醇、二甲苯、乙腈、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮以及甲基异丁酮中的一种或几种任意比例的混合物。另外，为了保证预分散溶液良好的分散效果和溶质性能，在本发明实施例中，在进行预分散时，EDOT-C6F13-LiClO4和溶剂的质量比例为92：8。
S3、将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，经过一次热固化后与NiOx薄膜进行复合，再经过二次热固化后得到电致变色薄膜。
进一步具体地，将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，在WO3薄膜上形成第一电解质层；与NiOx薄膜进行复合，在NiOx薄膜上形成第二电解质层。需要说明的是，第一电解质层和第二电解质层的厚度均为5~8 μm。需要说明的是，“第一”和“第二”在本实施例中只为区分为两个电解质层，并没有数量或者顺序的实质性区别。
另外，还需要强调的是，本发明实施例中，为了保证良好的热固化效果，一次热固化和二次热固化是在50~150℃的条件下进行。
请参照图2，本发明实施例还提供一种电致变色薄膜，电致变色薄膜由上述的电致变色薄膜的制备方法制备所得。具体地，电致变色薄膜沿厚度方向依次包括第一ITO导电膜、WO3薄膜所构成的电致变色层、第一电解质层、第二电解质层、NiOx薄膜构成的对电极层和第二ITO导电膜。
请参照图3，本发明实施例还提供一种制备如上述的电致变色薄膜的设备，其沿加工流程方向依次包括1号放卷装置、狭缝涂布装置、热固化装置、复合装置和收卷装置，热固化装置和复合装置之间还设置有2号放卷装置，以使热固化后的薄膜和2号放卷装置的薄膜能够在复合装置中进行复合。
进一步具体地，1号放卷装置、狭缝涂布装置、热固化装置、复合装置和收卷装置之间依次传动连接，2号放卷装置和复合装置之间传动连接。需要说明的是，热固化装置还设置有用于对热固化装置中薄膜进行纠偏的纠偏装置；在复合装置的出口端还设置有除静电装置。
需要强调的是，结合上述实施例提供的电致变色薄膜制备方法和设备可知：通过采用精密涂布方法（包括但不限于狭缝涂布、微凹涂布等）进行涂布，可以精确控制电解质层涂布厚度，使涂布更加均匀稳定，提升产品质量；WO3薄膜涂布电解质层后，可与NiOx薄膜进行复合后直接得到电致变色膜，减少了电解质层被污染的时间，提升产品质量，减少生产成本；设备中加装纠偏装置，通过红外线传感器精确控制薄膜生产运行过程的稳定性，确保膜表面涂布均匀、稳定，提升产品质量；设备中加装除静电装置，通过电离空气保持下方50cm范围内膜材正负电荷平衡，提升产品质量，保障安全生产。
请结合参照图1-图3，上述实施例提供的电致变色薄膜制备设备的工作原理是：第一ITO导电膜（附有WO3薄膜）在1号放卷上开始传输到狭缝涂布装置进行狭缝涂布，进而运行到热固化装置通过烘箱的热固化，在热固化出口处的纠偏器纠偏下稳定输出到复合装置，与此同时第二ITO导电膜（附有NiOx薄膜）在2号放卷上传输到复合装置与第一ITO导电膜一同进入复合装置，在复合装置中烘箱的作用下进行复合以及二次热固化，最终在出口处通过除静电仪除静电后再进行收卷。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种电致变色薄膜的制备方法，其包括以下步骤：
S1、选用ITO透明导电薄膜作为基材，在基材上通过磁控溅射法分别制备非晶态的WO3薄膜和纳米晶结构NiOx薄膜。
S2、将EDOT-C6F13-LiClO4在溶剂中预分散，得到预分散溶液。其中，溶剂为甲醇；EDOT-C6F13-LiClO4和溶剂的质量比例为92：8。
S3、将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，经过一次热固化后与NiOx薄膜进行复合，再经过二次热固化后得到电致变色薄膜，需要说明的是，在将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，在WO3薄膜上形成第一电解质层；与NiOx薄膜进行复合，在NiOx薄膜上形成第二电解质层。其中，第一电解质层和第二电解质层的厚度均为6μm。另外，一次热固化和二次热固化是在100℃的条件下进行。
本实施例还提供一种电致变色薄膜，电致变色薄膜由本实施例提供的电致变色薄膜的制备方法制备所得。具体地，电致变色薄膜沿厚度方向依次包括第一ITO导电膜、WO3薄膜所构成的电致变色层、第一电解质层、第二电解质层、NiOx薄膜构成的对电极层和第二ITO导电膜。
本发明实施例还提供一种制备电致变色薄膜的设备，其沿加工流程方向依次包括1号放卷装置、狭缝涂布装置、热固化装置、复合装置和收卷装置，热固化装置和复合装置之间还设置有2号放卷装置，以使热固化后的薄膜和2号放卷装置的薄膜能够在复合装置中进行复合。具体地，1号放卷装置、狭缝涂布装置、热固化装置、复合装置和收卷装置之间依次传动连接，2号放卷装置和复合装置之间传动连接。需要说明的是，热固化装置还设置有用于对热固化装置中薄膜进行纠偏的纠偏装置；在复合装置的出口端还设置有除静电装置。
实施例2
本实施例提供一种电致变色薄膜的制备方法，其包括以下步骤：S1、选用ITO透明导电薄膜作为基材，在基材上通过磁控溅射法分别制备非晶态的WO3薄膜和纳米晶结构NiOx薄膜。
S2、将EDOT-C6F13-LiClO4在溶剂中预分散，得到预分散溶液。其中，溶剂为二甲苯和乙腈；EDOT-C6F13-LiClO4和溶剂的质量比例为92：8。
S3、将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，经过一次热固化后与NiOx薄膜进行复合，再经过二次热固化后得到电致变色薄膜，需要说明的是，在将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，在WO3薄膜上形成第一电解质层；与NiOx薄膜进行复合，在NiOx薄膜上形成第二电解质层。其中，第一电解质层和第二电解质层的厚度均为5μm。另外，一次热固化和二次热固化是在50℃的条件下进行。
本实施例还提供一种电致变色薄膜，电致变色薄膜由本实施例提供的电致变色薄膜的制备方法制备所得。
实施例3
本实施例提供一种电致变色薄膜的制备方法，其包括以下步骤：
S1、选用ITO透明导电薄膜作为基材，在基材上通过磁控溅射法分别制备非晶态的WO3薄膜和纳米晶结构NiOx薄膜。
S2、将EDOT-C6F13-LiClO4在溶剂中预分散，得到预分散溶液。其中，溶剂为甲苯、乙酸乙酯、丙酮和丁酮；EDOT-C6F13-LiClO4和溶剂的质量比例为92：8。
S3、将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，经过一次热固化后与NiOx薄膜进行复合，再经过二次热固化后得到电致变色薄膜，需要说明的是，在将预分散溶液进行过滤后，通过狭缝涂布法涂布于WO3薄膜，在WO3薄膜上形成第一电解质层；与NiOx薄膜进行复合，在NiOx薄膜上形成第二电解质层。其中，第一电解质层和第二电解质层的厚度均为8μm。另外，一次热固化和二次热固化是在150℃的条件下进行。
本实施例还提供一种电致变色薄膜，电致变色薄膜由本实施例提供的电致变色薄膜的制备方法制备所得。
试验例
为了验证本发明实施例提供的电致变色薄膜的技术效果，本发明采用实施例1中的样例作为试验例，进行样品的电致变色性能研究：
具体地，通过原位光谱测量样品在电场作用下的光学性质变化，从而研究其电致变色性能。实验方法和条件为：将光纤光谱相连到电化学工作站，通过对样品施加阶跃电位记录其原位光谱的变化；脉冲时间均为 60 s，阶跃电位为3 V～-3 V。
进一步地，图4 为样品在初始阶段、着色阶段以及褪色阶段在380 nm-1100 nm波长范围内的透过率对比图。样品在制备结束后的初始阶段为浅棕色，在测试过程中，样品颜色可在浅棕色与透明色之间相互转化。褪色态时样品的透过率与初始阶段相比得到了显著的提高，最高可达 88.2%。着色态的透过率与褪色态的透过率相比得到了显著的下降，这表明样品具有良好的透过率调节性能，具有优异的电致变色性能，并且样品在550 nm处的透过率调节范围可达到49.2%。
综上所述，本发明实施例提供的电致变色薄膜制备方法制备的对电极层具有稳定可逆氧化还原反应，与电致变色层性能相兼容，响应速度快，具备良好的电致变色性能，且两极所注入的电荷量相近，各层材料均有较好的匹配性和耐久性；此薄膜制备设备采用精密涂布方法（包括但不限于狭缝涂布、微凹涂布等）进行涂布，可精确控制电解质层涂布厚度，使涂布更加均匀稳定，提升产品质量；设备在WO3薄膜涂布电解质层后，可与NiOx薄膜进行复合后直接得到电致变色膜，减少了电解质层被污染的时间，提升产品质量，减少生产成本。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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