基于金属网栅电极的柔性多功能电致变色器件研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haojie831001
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在科学以及信息技术爆炸发展的今天,智能电子产品越来越往小型化、柔性化和集成化发展,对柔性化及多功能的电致变色器件的研究也吸引着越来越多的科研工作者的兴趣。为了实现器件更高程度的集成效果,电致变色器件也从单一变色功能向多功能集成化发展,已经实现许多多功能器件,例如电致变色储能器件。柔性多功能电致变色器件一般由导电层,电致变色层,电解质层和离子存储层构成。其中,要实现柔性电致变色器件,透明导电层为关键因素,导电层的透光性和导电性直接影响变色器件的响应时间、对比度等。金属网栅电极具有更稳定的物理结构、更加突出的电化学性能、易大规模制备加工,并通过改变金属网格电极的占空比、深宽比,实现高透明、高导电性、高机械稳定性的透明电极,为多功能电致变色器件的实现提供了电极基础。本文采用两种不同的工艺路线,制备镍网栅和银网栅透明导电电极,可满足不同公共功能电致变色器件的要求。并以电极为基础,与不同电致变色材料相结合,获得了具有双功能的电致变色智能窗和显示功能的电致变色器件。本文的主要研究内容如下:(1)基于镍金属网栅电极的双功能柔性电致变色智能窗。通过激光直写、选择性电化学沉积和紫外纳米转印技术,制作了基于镍金属的金属网栅电极。激光直写技术可精确地控制微结构图形的形貌,选择性电化学沉积确保电极是网栅互联的均匀整体,不会出现银纳米线电极存在的团簇和接触电阻。紫外纳米转印技术可将生长沉积形成的网栅结构转移至紫外固化树脂中,形成嵌入式金属网栅透明导电电极。电极采用周期为200 μm,线宽5 μm,六边形排布的金属网栅结构,透光率达85%,方阻0.5 Ω/sq。并以氧化钨和高分子共轭聚合物聚(3,4-乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)作为变色层,制备双功能电致变色智能窗器件,同时实现变色和储能功能。该器件具有快速的着色和漂白响应时间(分别为1.2 s和0.8 s),面积比电容达2.48 mF/cm2,且具有优异的机械稳定性。验证了金属网栅电极在单个电致变色像素间变色的可行性,为像素化电致变色显示的研究提供了基础。(2)基于银金属网栅电极的像素化柔性电致变色显示器件。传统的电致变色显示器存在难以大面积制备、响应速度慢和稳定性差等缺点,尤其是柔性电致变色显示器件更是鲜有报道。本文发挥课题组在图形化金属网栅电极加工方面的特色,通过单像素变色器件的研究,以氨基脲类衍生物 1-(4-(dimethyl-amino)phenyl)-3-(p-tolyl)urea,(Urea-N)作为变色材料,设计并制备了 4×4像素电致变色显示器件。透明电极层采用纳米压印和银浆填充技术制备,该技术相对于制备镍网栅采用的沉积与转印技术而言,更适合像素化透明电极的制作。以四丁基六氟磷酸铵(TBAPF6)为电解质层、对苯醌(PBQ)为离子存储层,实现双稳态像素化柔性电致变色显示器件的制作。进一步通过单像素寻址的方法,设计并编写了驱动电路的程序,成功地制备了一个4×4像素、驱动电压小、响应速度快和对比度高的点阵型电致变色器件,为未来像素化双稳态电致变色显示器件的研究提供参考。
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