[发明专利]离子传输纳米复合膜、包含所述复合膜的电致变色玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电导率、排气效果和机械性能均优异的离子传输复合膜、包含所述离子传输复合膜的电致变色玻璃以及它们的制备方法。

技术领域

本发明涉及化工新材料及其制备技术领域，具体地涉及一种高电导率、机械强度和排气效果均优异的离子传输纳米复合膜、包含所述纳米复合膜的电致变色玻璃以及它们的制备方法。

背景技术

电致变色(Electrochromic，EC)是指在外加电场作用下，材料的光学性能发生连续可逆变化的现象，直观地表现为材料的颜色和透明度发生可逆变化的过程。利用电致变色原理制备的电致变色玻璃可广泛地应用于建筑业，电致变色玻璃可选择性的吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散，减少办公大楼和民用住宅建筑物为在夏季保持凉爽和在冬季保持温暖而必须耗费的大量能源。通过电致变色玻璃制作的电致变色节能窗，可以在几乎所有与舒适节能有关的波段上实现光热的分波段自动调控。由于电致变色玻璃具有光学性能连续可调、低工作电压、低能耗、无辐射、宽视角、开路记忆等特点，除了在建筑领域的应用外，其在信息显示器件、信息存储器、防眩反射镜、变色太阳镜等方面也有着广阔的应用前景。

电致变色玻璃一般是在两层玻璃之间夹有多个薄膜层，依序分别为第一基底层、第一透明导电层、电致变色层、离子传输层、离子储存层、第二透明导电层、第二基底层。

以阴极着色的WO₃器件为例，电致变色的原料是当器件没有施加电压时，初始状态的电致变色层是无色或浅色的，当在器件两端加上电压后，储存在离子储存层的锂离子在电场的作用下经过离子传输层注入到WO₃薄膜的晶格空隙中，形成钨青铜LiWO_3-x，导致W₆⁺被还原成低价的W₅⁺，电子从W₆⁺到W₅⁺的带间跃迁吸收光子而引起变色。

作为离子传输层的材料，可以采用的主要有液态电解质、全固态电解质和固态聚合物电解质三种类型。液态电解质能提供最好的离子传导性，但存在有毒或易燃气体的释放、要求使用更大负荷和能量更大的电池区域来承受气体压力的改变的问题。电致变色玻璃若采用液态电解质作为电致变色玻璃的离子传输层，这样会给电致变色玻璃的封装带来极大的不便，而且也不利于大面积显示。固体电解质体系可以加工成各种形状或尺寸，并且具有所需要的机械性能，但由于分子的运动范围受限而具有较低的传导性。聚合物电解质通过加入增塑剂等方法可以降低聚合物的结晶程度，形成具有适宜微观结构的聚合物网络，增加离子活动的自由体积或者形成独特的粒子运动通道，提高离子的传输速率，达到提高固体聚合物导电性能的目的。它具有一般固体电解质的稳定性、可塑性和干态特点，又具有类似液体电解质的高离子导电性，所以作为电解质材料在电化学方面具有广阔的应用前景。

聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB resin)是由聚乙烯醇(PVA)和丁醛(Butyral)进行缩合反应而得到的热可塑性树脂，具有优良的韧性、成膜性和适宜的粘合性，其近来被广泛地开发与改性以用作电致变色玻璃中的离子传输层中的电解质材料。在PVB中需要加入增塑剂以利于其加工成膜，用于PVB 的增塑剂需要与PVB具有良好的兼容性，同时需要对其中的导电盐如锂盐具有良好的溶解性。例如，现有技术中通过采用挤出流延方法制备了高电导率的PVB胶片，但高比例的增塑剂会降低PVB胶片的机械强度并增加粘性，不利于后续的预压排气操作等。

针对在离子传输层中出现的电导率和机械强度之间的平衡问题以及电导率与离子传输层成膜的预压排气之间的平衡问题等，本发明人进行了深入系统的大量研究和实验，并通过提供如下的技术方案解决了上述问题。

发明内容