本技術(shù)涉及電致變色，特別是涉及一種電致變色器件及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、電致變色器件主要由電解質(zhì)、電極和電致變色材料組成。當(dāng)在器件的兩個(gè)電極之間施加一定的電壓時(shí)，離子會(huì)在電解質(zhì)中移動(dòng)，并嵌入或脫出電致變色材料。這種離子的嵌入和脫出過(guò)程會(huì)導(dǎo)致材料的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引起材料光學(xué)性質(zhì)（如吸收、反射、透過(guò)等）的改變，最終使器件的顏色發(fā)生變化。電致變色器件所顯示的顏色變化信號(hào)并不是來(lái)源于其本身發(fā)光，而是來(lái)自于電致變色材料本身在電化學(xué)驅(qū)動(dòng)的氧化還原反應(yīng)過(guò)程中的顏色變化，這不僅有效避免了強(qiáng)藍(lán)光對(duì)人眼造成的傷害，也使得電致變色器件在強(qiáng)環(huán)境光下依然能保持高的可讀性和可辨認(rèn)性，因而受到了廣泛關(guān)注。然而，目前對(duì)于電致變色器件的研究還處于初級(jí)階段，電致變色器件的初始透過(guò)率較低，著色態(tài)與褪色態(tài)之間的對(duì)比度也較低，難以提供明亮的視野。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于此，有必要提供能夠提高透過(guò)率和對(duì)比度的電致變色器件及其制備方法和應(yīng)用。
2、本技術(shù)的第一個(gè)方面，提供了一種電致變色器件，包括依次層疊設(shè)置的第一電極層、電致變色層、電解質(zhì)層和第二電極層；所述電致變色層包括氧化鎢薄膜，所述電解質(zhì)層包括雙離子水凝膠電解質(zhì)；
3、所述雙離子水凝膠電解質(zhì)包括交聯(lián)聚合物水凝膠和分布于所述交聯(lián)聚合物水凝膠中的鋅鹽和鋁鹽，所述交聯(lián)聚合物水凝膠的制備單體包括丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
4、上述電致變色器件采用雙離子水凝膠電解質(zhì)作為電解質(zhì)層，雙離子水凝膠電解質(zhì)包括交聯(lián)聚合物水凝膠和分布于所述交聯(lián)聚合物水凝膠中的鋅鹽和鋁鹽，鋅鹽和鋁鹽使得電解質(zhì)中不但含有鋅離子還含有鋁離子，鋅離子作為導(dǎo)電離子與鋁離子配合可以增大對(duì)比度，開(kāi)關(guān)速度和穩(wěn)定性；而且三價(jià)鋁離子具有較小的離子半徑和較高的價(jià)態(tài)，在電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中具有較小的空間位阻和較低的活化勢(shì)壘，比目前電致變色器件中常用的一價(jià)鈉離子和鋰離子具有更快的嵌入速度以及更高的電荷容量，作為電荷載體可以為氧化鎢薄膜帶來(lái)快速的開(kāi)關(guān)速度，提升電致變色器件的變色性能；所述交聯(lián)聚合物水凝膠的制備單體包括丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，其中丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸可形成p(am-aa-amps)聚合物，該聚合物中的r-so3-促進(jìn)了鋅鹽的解離，從而提高了雙離子水凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，且顯著提高了鋅離子的遷移數(shù)，抑制了鋅枝晶的生長(zhǎng)，同時(shí)，由于p(am-aa-amps)聚合物側(cè)鏈中含有豐富的親水性基團(tuán)，使得水活性顯著降低，從而有效抑制了析氫反應(yīng)和負(fù)極活性物質(zhì)的溶解，提高了電致變色器件的透過(guò)率和對(duì)比度。
5、上述電致變色器件，當(dāng)電致變色器件短接時(shí)，由于負(fù)極層與氧化鎢之間的電勢(shì)差促進(jìn)了半徑較小的鋁離子和電子插入氧化鎢薄膜中，使電致變色器件發(fā)生自著色，而當(dāng)施加反向電壓時(shí)，離子和電子從氧化鎢薄膜中脫嵌，電致變色器件的光學(xué)透過(guò)率恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)著色-漂白狀態(tài)的切換。
6、上述電致變色器件中的雙離子水凝膠電解質(zhì)具有高透明度、高導(dǎo)電率和高循環(huán)穩(wěn)定性，從而提高了電致變色器件的透過(guò)率、對(duì)比度及變色性能。上述電致變色器件中的雙離子水凝膠電解質(zhì)還具有快速響應(yīng)性和優(yōu)異的機(jī)械性能，從而提升了電致變色器件的綜合性能，使得該電致變色器件可以提供明亮的視野。
7、上述電致變色器件的鋁離子的插入深度較淺，可以增加氧化鎢薄膜的使用壽命。
8、上述電致變色器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原材料來(lái)源豐富、成本低廉、制備過(guò)程簡(jiǎn)單易操作。
9、在其中一些實(shí)施方式中，所述丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的質(zhì)量比為5~15：1：1。
10、在其中一些實(shí)施方式中，所述電致變色器件滿足以下至少一個(gè)條件：
11、（1）所述鋅鹽包括硫酸鋅、硝酸鋅和氯化鋅中的至少一種；
12、（2）所述鋁鹽包括硫酸鋁、硝酸鋁、氯化鋁和硅酸鋁中的至少一種；
13、（3）所述鋅鹽在所述雙離子水凝膠電解質(zhì)中的摩爾含量為1mol/l?~2mol/l；
14、（4）所述鋁鹽在所述雙離子水凝膠電解質(zhì)中的摩爾含量為1mol/l?~2mol/l；
15、（5）所述雙離子水凝膠電解質(zhì)中zn2+和al3+的摩爾比為1：（1~2）；
16、（6）所述電解質(zhì)層的厚度為0.2mm~0.7mm；
17、（7）所述第二電極層為鋅層；和/或，所述第二電極層的厚度為0.02mm?~0.07mm。
18、在其中一些實(shí)施方式中，所述電致變色器件還包括第一透明基底層，所述第一透明基底層位于所述正極層遠(yuǎn)離所述電解質(zhì)層的一側(cè)；和/或，所述電致變色器件還包括第二透明基底層，所述第二透明基底層位于所述負(fù)極層遠(yuǎn)離所述電解質(zhì)層的一側(cè)。
19、在其中一些實(shí)施方式中，所述氧化鎢薄膜為多孔疏松結(jié)構(gòu)；和/或，所述氧化鎢薄膜的厚度為500nm~600nm。
20、在其中一些實(shí)施方式中，所述第一透明基底層或所述第二透明基底層包括鈉鈣玻璃層、聚甲基丙烯酸甲酯層、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯層、聚苯乙烯層、聚碳酸脂層、苯乙烯丙烯腈層、聚丙烯層、聚酰亞胺層和聚氯乙烯層中的一種或多種的疊層。
21、在其中一些實(shí)施方式中，所述正極層為透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層包括氧化銦錫層、氟摻雜氧化錫層、銻摻雜氧化錫層、鋁摻雜氧化鋅層和石墨烯層中的一種或多種的疊層。
22、本技術(shù)的第二個(gè)方面，提供了一種如第一個(gè)方面所述的電致變色器件的制備方法，包括如下步驟：
23、形成依次層疊設(shè)置的所述第一電極層、所述電致變色層、所述電解質(zhì)層和所述第二電極層；
24、所述電解質(zhì)層中所述雙離子水凝膠電解質(zhì)的制備包括如下步驟：
25、將丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交聯(lián)劑、鋅鹽、鋁鹽和引發(fā)劑在溶劑中混合，得到混合溶液；
26、將所述混合溶液在加熱條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到所述雙離子水凝膠電解質(zhì)。
27、在其中一些實(shí)施方式中，所述丙烯酰胺、所述丙烯酸和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的質(zhì)量比為5~10：1：1。
28、在其中一些實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑與所述丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.04%~0.1%；和/或，
29、所述交聯(lián)劑包括n，n＇亞甲基雙丙烯酰胺。
30、在其中一些實(shí)施方式中，滿足以下至少一個(gè)條件：
31、（1）所述混合溶液中的zn2+和al3+的總濃度為0.5?mol/l?~2.0?mol/l；
32、（2）所述混合溶液中的zn2+和al3+的摩爾比為1：1~2。
33、在其中一些實(shí)施方式中，滿足以下至少一個(gè)條件：
34、（1）所述引發(fā)劑包括過(guò)硫酸銨；
35、（2）所述引發(fā)劑與所述丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.12%~0.2%；
36、（3）所述鋅鹽包括znso4?7h2o；
37、（4）所述鋁鹽包括alcl3。
38、在其中一些實(shí)施方式中，所述電致變色層的制備包括如下步驟：
39、將鎢鹽溶解后涂于襯底表面，得到前驅(qū)體薄膜；
40、將所述前驅(qū)體薄膜在70℃~90℃下加熱2?min?~8min，然后在280℃~320℃下退火6min?~10?min，得到氧化鎢薄膜。
41、本技術(shù)的第三個(gè)方面，提供了一種電致變色窗，包括如第一個(gè)方面所述的電致變色器件或包括如第二個(gè)方面所述的制備方法制備得到的電致變色器件。
42、本技術(shù)的第四個(gè)方面，提供了一種顯示屏，包括如第一個(gè)方面所述的電致變色器件或包括如第二個(gè)方面所述的制備方法制備得到的電致變色器件。