[发明专利]一种多色显示电致变色器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多色显示电致变色器件，包括依次叠加设置的基底层、聚苯乙烯微球层、填充层、银纳米线层、氧化钨纳米线层、工作电极、水凝胶电解质层和对电极。本申请还提供了多色显示电致变色器件的制备方法。本发明提供了一种聚苯乙烯微球结构色的多色电致变色器件的方法，该方法构造的多色显示器件有较高的颜色调控性、较快的响应性和稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米光电技术领域，尤其涉及一种多色显示电致变色器件及其制备方法。

背景技术

结构色的形成是将介电常数不同的两种及以上解质材料在空间有序或无序组装形成了周期性结构，包括非光子晶体和光子晶体。由于结构存在周期性，在其中传播的光波的色散曲线形成带状结构，带与带之间会出现类似于半导体禁带的“光子禁带”，频率落在禁带中的光禁止传播，由此形成绚丽的结构色。自然界中大多数昆虫的翅膀，鸟类的羽毛显示出的绚烂色彩都是由于周期性结构产生的结构色。结构色相比于化学染料具有稳定性高、不易褪色，对环境友好无污染等优点，因此引起了国内外课题组的广泛研究，希望替代化学染料，从根本上解决印染对环境的污染。其中，由于粒径在100～600nm范围内的单分散微球制备工艺成熟，易于组装，常常用于制备三维光子晶体结构色材料，是使用较多的结构色组装单元。目前，已经实现了将这种单分散微球在织物、金属及各种材料表面上组装产生光子晶体的组装技术，使结构色在显示、防伪、装饰等领域表现出广阔的应用前景。

同时，由于结构色结构组成的灵活性，自然界中的某些昆虫和鸟类可以通过调整纳米结构的周期性来控制它们的体色以躲避天敌。因此，目前对结构色的研究不仅仅满足于静态的颜色，而是想进一步实现可调谐的动态多色变化，构建可调谐光子晶体。

可调谐光子晶体是一类重要的智能材料，可作为光学活性元件和改变物体颜色的功能技术。在这些智能结构中，电响应光子晶体是最有前途的技术应用。将电刺激转化为光学响应的策略主要有两种：通过电信号诱导组装单元重新定向组装或修饰光子结构等行为导致光子禁带移动，或者直接与电致变色材料复合。而直接与电致变色材料复合的方法由于操作简单、可调性强，因而具有更广泛应用前景。

《胶体和表面A：物理化学和工程方面》(Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects，2019，577，75-83)通过苯胺单体的原位聚合，在PS核表面沉积聚苯胺壳层，制备核壳结构的PS@PANI纳米颗粒。PS@PANI纳米颗粒自然沉淀组装，在很宽的可见光谱范围内产生结构颜色。通过改变苯胺和聚苯乙烯纳米粒子的重量比，可以很好地控制聚苯胺壳层的厚度。在宽可见光谱中，反射峰的位置随外加电场的变化而变化，材料呈现出不同颜色，这是由有序的胶体晶体阵列和聚苯胺壳的电致变色共同作用的结果。该方法过程简单但是对透过率和反射率的调节有限，改变电场反射峰位移不明显，反射峰的半高宽也较宽导致颜色饱和度低。

《纳米快报》(Nano letter，2021，21，10，4500–4507)报道了一种构建新的复合结构色的电致变色器件方法，将高反射的二氧化硅胶体颗粒组装的光子晶体引入凝胶电解质中，并夹在电致变色聚合物层和离子存储材料层之间构建完整的器件。通过改变电压调控电致变色聚合物PProDOTBT从有色状态到漂白状态的颜色切换，从而调节该器件的光吸收度、透射率和反射率。但是该方法构建器件的过程繁琐，电致变色前器件透过率低，电致变色后器件呈现的颜色饱和度不够高，颜色不鲜艳亮丽。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种多色显示电致变色器件，本申请提供的多色显示电致变色器件具有较高的颜色调控性、较快的响应性和稳定性。

有鉴于此，本申请提供了一种多色显示电致变色器件，包括依次叠加设置的基底层、聚苯乙烯微球层、填充层、银纳米线层、氧化钨纳米线层、工作电极、水凝胶电解质层和对电极。

优选的，所述基底层和所述填充层的材料为与聚苯乙烯具有相近光学折射率的聚合物；所述基底层的材料和所述填充层的材料为聚二甲基硅氧烷。