高分子电致变色材料

• 无机电致变色材料的光吸收变化是因为离 子和电子的双注入和双抽取而引起的，其 性能稳定。 • 有机电致变色材料的光吸收变化来自氧化 还原反应．其色彩丰富．易进行分子设计。
• 无机电色材料的电化学变色性利用了氧化 物中金属离子的价态变化，它与简单的氧 化一还原反应有着重大区别 首先，AxMOy 的形成类似向物质掺杂，其体积不变，仍 等于MOy的体积，而氧化一还原反应是物质 在阳极或阴极的生长，材料的体积取决于 工艺持续的时间；其次．AxM0y可看作x的 连续相(Continuous phase)，通常的氧化一 还原反应是单一相(Single phase)的生长；
• 3 、汽车观后镜 • 这种器件通过改变电致变色层的光吸收来 达到镜子反射亮度的智能调节，使镜子周 围的亮光变暗，减少来自镜子后面强烈的 炫光，从而达到安全驾驶的目的。这种器 件是把适当的粘性电解液注入到导电玻璃 和反射镜之间，再给电致变色层施加低电 压，就能调节镜子的反射率，使灯光变暗。
• 4、 电致变色灵巧窗 • 在过去的数十年里，人们大多使用的玻璃窗可 大致分为以下两种：一种是低辐射率(1ow emissivity)的玻璃，它可以减少热损耗．使室 内透射更多的热量，达到取暖的目的；另一种 是目光控制涂层玻璃(solar control coated glasses)，它可以减少目光的透射率，从而达 到室内凉爽的目的。但是一年四季中每个季节 的光照强度不同．每天的各个时辰的光照强度 也不同。所以上述的两种玻璃就不能很好的满 足室内阳光透射率连续可调的目的。
• 灵巧窗可以很好的控制室内的光、热性能。它 有两种基本结构：一种是夹层式，即在两层透 明导电玻璃上的变色层和存储层之间注入一层 聚合物离子导体层；另一种是单块集成电 (monolithic)结构．即在导电玻璃衬底上依次镀 上离子存储层．离子导体层．电致变色层和透 明导电层。第一种结构由于液体电解质的流动 而使得玻璃的变色并不均匀。这两种结构均可 在通以小电压(1～5V)的情况下发生漂白(光透 射率>60)和着色(光透<15 )的可逆变化．从而动 态的调节室内的光热性能，节约了因为加热或 冷却室温而消耗的大量电能．节约了能源，也 充分得利用了太阳能．使室内变得舒适。
高分子电致变色材料
• 变色现象是指物质在外界环境的影响 下．而产生的一种对光的反应的改变。这 种现象普遍存在于自然界。人们感兴趣的 是一种可逆的变色现象．即可利用一定的 外界条件将它的颜色进行改变和还原。总 结起来主要有4类：电致变色、光致变色、 4 热致变色和压致变色。它们分别有各自的 应用前景。
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总结起来主要有4类： 电致变色、 光致变色、 热致变色 压致变色。 它们分别有各自的应用前景。
• 电致变色材料所用的材料要求具有良好的离 子和电子导电性．较高的对比度、变色效率 和循环周期等电色性能。 • 按照材料类型可分为：无机电致变色材料和 有机电致变色材料。 • 按照物质的状态可分为：薄膜型(固体)、析出 型(固体和液体相互转化)和非析出型(溶液)。
• 对电极层(CE) • 对电极的起码要求应是惰性的，即只作为 电子的收集／发射体。但在ECD中对电极 还应作为离子的贮存层，当工作电极EC被 注入离子时，它供应离子到电解质层，而 工作电极被抽出离子时，将离子收集起来， 以保持电解质层的电中性。因而要求对电 极也是电子和离子的混合导体。
• 反射型ECD的对电极和工作电极可以是相同 材料。虽然甲电极着色时己电极消色，或者 反过来，但不会影响正面电极的观察。 • 透射型ECD要求对电极为工作电极的“互 补”EC材料，即当工作电极为氧化着色材料 时选用还原着色材料为对电极材料，或者反 过来。这样，当工作电极处于消色态时，对 电极也处于消色态，不影响透光；而当前者 处于着色态时，后者也处于着色态，有加强 光吸收的效果。
• 电致变色显示器与其它显示器相比具有无 视盲角、对比度高．易实现灰度控制、制 造方便、工作温度范围宽、驱动电压低、 色彩丰富等优点。
• 2、电致变色移动像元 • 这种器件是使用聚吡咯(PPy)来实现颜色和 像元数目的变化。它是把PPy电镀在硅片上， 利用聚吡咯氧化态的可控性，通Fra Baidu bibliotek电化学 方法来形成制动器和电致变色元件。两层 PPy制动器(PPy bilayer actuators)的一个电 极改变上下电势，另一个电极改变硅片上 的电致变色膜PPy的电势
• 电致变色层(EC，也叫工作电极) • 为了得到电色活性，要求EC层是无定形或 微晶结构，并使膜中有必要的含水量。因 为晶体的高度不完整性(开放性的晶格结构 加上晶粒边界及其它缺陷)便于离子的传输； 同时，水对离子的传输有关键作用。
• 电解质层(EL) • 电解质必须满足以下要求：提供电色材料 所需的补偿离子，或者说要和EC材料兼容； 有高的离子电导率和高的电子电阻率，即 必须是离子的良导体和电子绝缘体。器件 在透射模式工作时，电解质必须透明；以 及对EC和CE层无腐蚀性。
电致变色材料的工作原理
• 其实质是一个电极颜色能随充放电过程发 生可逆转变的超薄电池。
• 显色一消色”过程伴随着电子转移和保持 材料电中性的离子传导。一般电致变色薄 膜采用多层结构，在两层透明导体中交替 填充着电致变色层、离子导体和对电极三 层活性薄层。处于中间的离子导体作为电 解质起着把自由离子从储电层(对电极)传输 ( ) 到电致变色层的作用，此时薄膜将由透明 变为不透明。
• 1、电致变色显示器平板显示器件(FPD)分为 发光型和受光型两大类。 • 受光型FPD按工作原理的不同可分为：液晶 显示器件(LCD)、电致变色显示器件(ECD)、 电泳显示器件(EPID)、铁电陶瓷显示器件 (PLZT)等。 • 发光型FPD按工作原理的不同可以分为：等 离子体显示器件(PDP)、电致发光显示器件 (包括ELD和LED)、场发射显示器件(FED)、 真空荧光显示器件(VFD)等。
• 透明导电层(TC) • 两侧TC层作器件与外电源之间的电接触，常用 ITO膜或SnO2膜。前者透光性较好但抗酸腐蚀能 力不如后者。TC层可用CVD、电子束蒸发、溅射 等方法制作。TC层用作EC层的衬底时需注意两 个问题：一是液体电解质通过EC层的周边侵入 TC TC层，可导致它从玻璃基板上剥落，造成器件报 废；二是In或Sn(或者还有掺杂荆Sb、F等)扩散到 EC膜中，对电色特性造成不良影响。
电化学变色性的特点
• 1、光密度与注入离子电荷△Q的关系，当△Q较小 时是线性的，较大时呈现出某种饱和，因此可通过 控制注入电荷量实现OD连续调控。 • 2、通过改变电压极性使电荷注入或抽取，可方便 2 地实现着色或消色，即着、消色有可逆性。不过着 ／消色是不对称的动力学过程：离子注入时受电色 电极／电解质界面势垒的限制，离子抽取时受电色 电极内空间电荷层的限制。这样，着、消色的响应 特性有区别。
• 5、 反射式电致变色器件 • 近年来．电致变色机制已经从可见光区扩 展到紫外．近红外、中红外、微波等光区 中。而相应的颜色变化也已延伸为器件对 这些波段的响应。这类器件恰能满足需要 在各种波长范围内变色的显示器的要求。
• 3、已着色的材料如切断电荷流通路径(开 路)、也不发生其它氧化一还原反应时，可 以保持着色状态，即有记忆功崩。 • 4、将有不同谱特性的材料以某种方式结合， 有可能实现颜色的组合，这被利用来发展 混合氧化物EC系统，以得到例如较适合人 眼的光谱峰值响应以至彩色显示
高分子电致变色材料的应用
• 电致变色器件 • 经过几十年的发展，一些电致变色器件已 经研制成功，有的还处于实验室阶段 器件 的功能主要表现为透射可调、反射可调、 信息显示和辐射可调。相应的器件有灵巧 窗、反射镜、显示器等。
• 第三， AxM0y的着／消色(电荷的注入／抽 取)反应动力学与固体／电解质界面以及固 体内的性质紧密相关，通常的氧化一还原 反应只和电极／电解质界面的性质有关。
• 有机电色材料是某些液体中的离子或分子 的络合物，它或者在阴极得到一个电子被 还原，或者在阳极失去一个电子被氧化， 其反应产物具有着色吸收，或与原有物质 颜色不同 产物通常有低得多的溶解度，因 而可能沉积出来。有的材料具有两种以上 的氧化态，因而可发生单电子或双电子甚 至多电子反应，各对应不同的颜色，即有 多种颜色变化。