一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法技术领域
本发明属于电致变色技术，涉及一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方
法。
背景技术
电致变色(Electrochromic,EC)材料的特征是在外界电压驱动下，其光学性能具
有可逆和持久稳固地改变，外观上表现出颜色的变化。由电致变色材料组成的器件称为电
致变色器件。电致变色技术经过几十年的研究发展，电致变色器件已逐渐实现其小规模的
应用化，例如，可应用在电致变色窗中，通过改变窗户的颜色，调控太阳光辐射，大幅度降低
室内控温设备的能耗，提高能源利用率，是一项节能环保的绿色技术；也可以将其应用在交
通工具(汽车，飞机)的透明件中，例如顶窗，舷窗和挡风玻璃中，通过调节透过率，调节光线
强弱，为人们提供舒适的环境。
目前，可应用的柔性电致变色器件参见“Development and characterization of
flexible electrochromic devices based on polyaniline and poly(3,4-
ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonic acid)”Li-Ming Huang等著,
《Electrochimica Acta》,Volume51,Issue 26,15August 2006,Pages 5858–5863。
其缺点是：透过率调控优势集中在可见区域的某一或某段波长，在红外区域无调
控优势。
发明内容
本发明的目的是：提供一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法，以便
提高柔性电致变色器件在近红外区域的调控优势。
本发明的技术方案是：一种调控近红外光的柔性电致变色器件，其特征在于：它由
7层功能层叠加组成，从上到下第一层为透明柔性基底1、第二层为透明导电层2、第三层为
离子存储层3、第四层为凝胶电解质层4、第五层为电致变色层5、第六层为透明导电层2、第
七层为柔性基底1；透明柔性基底1由聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯
酸甲酯、聚烯烃类、聚酰亚胺、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸类其中之一制造；透明导电层2由氧
化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化锡、氧化锌、Al掺杂的ZnO和Ga掺杂的ZnO材料制造；离子存储
层3由氧化镍、五氧化二钒、氧化铱、氧化钴、氧化镍钨、氧化铈和普鲁士蓝材料制备；电致变
色层5由氧化钨、氧化钼、氧化铌和氧化钛材料制备；第一层透明柔性基底1、第二层透明导
电层2和第三层离子存储层3是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积
法或旋涂法制备形成的整体结构；第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层柔性
基底1也是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成
的整体结构；第三层离子存储层3和第五层电致变色层5通过凝胶电解质层粘结为整体。
如上面所述的一种调控近红外光的柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，
制备的步骤如下：
1、制备对电极：对电极由第一层透明柔性基底1、第二层透明导电层2和第三层离
子存储层3组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制
备对电极；
2、制备工作电极：工作电极由第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层
柔性基底1组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制
备工作电极；
3、制备凝胶电解质：凝胶电解质由聚合物、锂盐或离子液体和增塑剂组成；聚合物
为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚乙二醇其
中之一或几种物质的混合物；锂盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiBr、LiCl、LiI
或LiSCN其中之一或几种物质的混合物；离子液体含有季铵阳离子、季鏻阳离子、咪唑阳离
子或吡咯阳离子以及卤素阴离子、四氟硼酸根阴离子或六氟磷酸根阴离子；增塑剂为乙醇、
二甲基亚砜、异丙醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯
或四氢呋喃一种或几种的混合物；
3.1、制备溶液A：将锂盐或离子液体溶解在增塑剂中，形成溶液A，锂盐或离子液体
的浓度为0.01mol/l～1mol/l；
3.2、制备溶液B：将聚合物溶解在增塑剂中，形成溶液B，聚合物和增塑剂的质量比
为20％～60％；
3.3、制备凝胶电解质：将溶液A与溶液B混合，体积比为0.1～10；放入搅拌器中搅
拌12h～36h，形成凝胶电解质；
4、组装器件：采用旋涂、提拉、刮刀法将制备的凝胶电解质平铺在离子存储层3的
表面或者电致变色层5的表面上形成凝胶电解质层4，然后将工作电极与对电极对合粘结组
装成调控近红外光的柔性电致变色器件。
本发明的优点是：提供了一种调控近红外光的柔性电致变色器件及制备方法，提
高了柔性电致变色器件在近红外区域的调控优势。
附图说明
图1是本发明调控近红外光的柔性电致变色器件的结构示意图。
图2是本发明实施例1中制备的采用PMMA聚合物电解质的玻璃基质电致变色器件
在着色和褪色状态下的透过率。
图3是本发明实施例2中制备的柔性固态电致变色器件在着色和褪色状态下的透
过率。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种调控近红外光的柔性电致变色器
件，其特征在于：它由7层功能层叠加组成，从上到下第一层为透明柔性基底1、第二层为透
明导电层2、第三层为离子存储层3、第四层为凝胶电解质层4、第五层为电致变色层5、第六
层为透明导电层2、第七层为柔性基底1；透明柔性基底1由聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙
烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃类、聚酰亚胺、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸类其中之一
制造；透明导电层2由氧化铟锡、氟掺杂的氧化锡、氧化锡、氧化锌、Al掺杂的ZnO和Ga掺杂的
ZnO材料制造；离子存储层3由氧化镍、五氧化二钒、氧化铱、氧化钴、氧化镍钨、氧化铈和普
鲁士蓝材料制备；电致变色层5由氧化钨、氧化钼、氧化铌和氧化钛材料制备；第一层透明柔
性基底1、第二层透明导电层2和第三层离子存储层3是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、
喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制备形成的整体结构；第五层电致变色层5、第六层透明
导电层2和第七层柔性基底1也是通过磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉
积法或旋涂法制备形成的整体结构；第三层离子存储层3和第五层电致变色层5通过凝胶电
解质层粘结为整体。
如上面所述的一种调控近红外光的柔性电致变色器件的制备方法，其特征在于，
制备的步骤如下：
1、制备对电极：对电极由第一层透明柔性基底1、第二层透明导电层2和第三层离
子存储层3组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制
备对电极；
2、制备工作电极：工作电极由第五层电致变色层5、第六层透明导电层2和第七层
柔性基底1组成，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、喷雾法、提拉法、电沉积法或旋涂法制
备工作电极；
3、制备凝胶电解质：凝胶电解质由聚合物、锂盐或离子液体和增塑剂组成；聚合物
为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚乙二醇其
中之一或几种物质的混合物；锂盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiBr、LiCl、LiI
或LiSCN其中之一或几种物质的混合物；离子液体含有季铵阳离子、季鏻阳离子、咪唑阳离
子或吡咯阳离子以及卤素阴离子、四氟硼酸根阴离子或六氟磷酸根阴离子；增塑剂为乙醇、
二甲基亚砜、异丙醇、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯
或四氢呋喃一种或几种的混合物；
3.1、制备溶液A：将锂盐或离子液体溶解在增塑剂中，形成溶液A，锂盐或离子液体
的浓度为0.01mol/l～1mol/l；
3.2、制备溶液B：将聚合物溶解在增塑剂中，形成溶液B，聚合物和增塑剂的质量比
为20％～60％；
3.3、制备凝胶电解质：将溶液A与溶液B混合，体积比为0.1～10；放入搅拌器中搅
拌12h～36h，形成凝胶电解质；
4、组装器件：采用旋涂、提拉、刮刀法将制备的凝胶电解质平铺在离子存储层3的
表面或者电致变色层5的表面上形成凝胶电解质层4，然后将工作电极与对电极对合粘结组
装成调控近红外光的柔性电致变色器件。
所述的透明导电层2的厚度为10～1000nm；所述的离子存储层3的厚度为100～
1000nm；所述的凝胶电解质层4的厚度为500nm～1mm；所述的电致变色层5的厚度为100～
1000nm。
实施例1
柔性器件的组成：透明柔性基底为PET,透明导电层为ITO薄膜,离子存储层为PB薄
膜，凝胶电解质由PMMA、LiClO4和碳酸丙烯酯组成，电致变色层是WO3薄膜；
柔性器件的制备过程：
制备对电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上制备ITO薄膜,采用电沉积法
在ITO薄膜沉积PB薄膜，ITO薄膜厚度为200nm,PB薄膜厚度在100nm左右；
制备工作电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上依次制备ITO薄膜和WO3薄
膜，ITO厚度为200nm,WO3薄膜厚度在300nm左右；
制备凝胶电解质：将LiClO4溶解在碳酸丙烯酯中，浓度为0.1mol/l，形成溶液A,将
PMMA溶解在碳酸丙烯酯中，PMMA和碳酸丙烯酯的质量比为50％，形成溶液B,将溶液A和溶液
B混合，体积比为1：1，加入搅拌器中搅拌15h，形成凝胶电解质；
组装器件：采用刮刀法将凝胶电解质平铺在对电极PB薄膜表面，厚度为250μm，将
工作电极与对电极对合粘结组装成柔性电致变色器件。
图2为器件在褪色和着色状态下的透过率，在波长为800nm处着色态的透过率为
15％，褪色态的透过率为64.4％，1000nm处着色态的透过率为13.3％，褪色态的透过率为
55.7％。在近红外波段区域，器件可动态调控透过光的强弱。
实施例2
柔性器件的组成：透明柔性基底为PET,透明导电层为ITO薄膜,离子存储层为NiO
薄膜，凝胶电解质由PMMA、LiClO4和碳酸丙烯酯组成，电致变色层是WO3薄膜；
柔性器件的制备过程：
制备对电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上依次制备ITO薄膜和NiO薄膜，
ITO薄膜厚度为200nm,NiO薄膜厚度在500nm左右；
制备工作电极：采用磁控溅射法在透明柔性PET基底上依次制备ITO薄膜和WO3薄
膜，ITO厚度为200nm,WO3薄膜厚度在300nm左右；
制备凝胶电解质：将LiClO4溶解在碳酸丙烯酯中，浓度为0.1mol/l，形成溶液A,将
PMMA溶解在碳酸丙烯酯中，PMMA和碳酸丙烯酯的质量比为50％，形成溶液B,将溶液A和溶液
B混合，体积比为1：1，加入搅拌器中搅拌15h，形成凝胶电解质；
组装器件：采用刮刀法将凝胶电解质平铺在对电极NiO薄膜表面，厚度为250μm，将
工作电极与对电极对合粘结组装成柔性电致变色器件。
图3为器件在电压驱动下，柔性器件在褪色和着色状态下的透过率。在波长为
973nm处，着色态的透过率为10％，褪色态的透过率为33.1％，透过器件的光强度发生变化。