一种柔性双波段多功能电致变色器件及其制备方法和应用

本发明属于电致变色，具体涉及一种柔性双波段多功能电致变色器件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球能源危机与环境问题的日益严峻，节能减排已经成为当今世界以及我国“十四五”规划的重点任务之一，其中建筑交通领域的低碳转型是实现“双碳”战略目标的有效途径。玻璃门窗作为建筑和汽车的重要组成部分，对于采光、通风、美观以及提升建筑和汽车环境舒适度都具有重要的作用，然而玻璃门窗在热量交换中导致的大量能效损失，仍是一个有待解决的技术问题。

2、电致变色技术提供了一种动态调节光学性能(透过率、反射率和吸收率)的解决方案，其光学性能可以在外加电场作用下稳定且可逆地变化。该技术以其调节范围广泛、低能耗、灵活性和智能化控制等优点，而受到重视。鉴于电致变色器件与储能技术，如二次电池和超级电容器，在结构和机理上的相似性，其集成应用为提高能源效率提供了新的节能潜在方向。

3、太阳辐射主要由紫外光、可见光以及近红外光组成，其中，太阳光辐射的能量主要集中在可见光波段(约占42％)和近红外波段(约占49％)，这是导致建筑和汽车内部环境温度升高的主要热量来源，因此近红外的调控以及选择性调控对建筑和汽车热管理、能耗以及室内与车内舒适度均具有重要的影响。然而，目前大部分电致变色智能窗的可调制波段主要集中在可见光范围内，缺乏对近红外的选择性调控，这限制了电致变色智能窗在节能和提升舒适度方面的作用。

4、中国专利cn115097677a公开了一种电致变色储能器件，中国专利cn117348304a公开了一种双波段电致变色器件，两者取得了一定的进步。但是，上述专利无法实现双波段性能和储能性能有效融合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔性双波段多功能电致变色器件及其制备方法和应用，本发明提供的柔性双波段多功能电致变色器件实现双波段性能和储能性能有效融合。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种柔性双波段多功能电致变色器件，包括依次排布的第一柔性透明导电电极、柔性无机电致变色层、凝胶电解质、柔性有机离子存储层和第二柔性透明导电电极；所述柔性无机电致变色层为含氧缺陷的纳米线结构。

4、优选的，所述第一柔性透明导电电极和第二柔性透明导电电极独立地包括依次排布的导电层和柔性透明基底；所述第一柔性透明导电电极的导电层与柔性无机电致变色层相接；所述第二柔性透明导电电极的导电层与柔性有机离子存储层相接；所述导电层包括ito导电层、fto导电层、azo导电层、金属薄膜导电层、金属纳米线导电层和导电网格导电层中的一种或几种。

5、优选的，所述柔性无机电致变色层包括氧化钨、氧化钛、氧化钼和氧化钒中的一种或几种。

6、优选的，所述凝胶电解质中的阳离子包括h+、li+、zn2+和al3+中的一种或几种。

7、优选的，所述柔性有机离子存储层包括聚苯胺电极、pedot:pss电极和聚吡咯电极中的一种或几种。

8、优选的，所述凝胶电解质包括聚合物凝胶电解质、聚合物-陶瓷混合凝胶电解质、混合溶剂凝胶电解质和聚合物-液体电解质中的一种或几种。

9、优选的，所述第一柔性透明导电电极或第二柔性透明导电电极的导电层的厚度为50～1500nm；所述柔性无机电致变色层的厚度为100～1500nm；所述凝胶电解质的厚度为50～1500μm；所述柔性有机离子存储层的厚度为100～1000nm。

10、优选的，所述第一柔性透明导电电极和第二柔性透明导电电极的导电层的方块电阻独立地为5～450ω/square。

11、本发明还提供了上述方案所述柔性双波段多功能电致变色器件的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)在第一柔性透明导电电极表面制备柔性无机电致变色层，得到第一柔性透明导电电极@柔性无机电致变色层；

13、(2)在第二柔性透明导电电极表面制备柔性有机离子存储层，得到第二柔性透明导电电极@柔性有机离子存储层；

14、(3)将电解液和聚合物混合，得到凝胶电解质；

15、(4)将所述第一柔性透明导电电极@柔性无机电致变色层和第二柔性透明导电电极@柔性有机离子存储层进行密封，得到中空三明治结构，再向所述中空三明治结构的空腔中注入所述凝胶电解质，得到柔性双波段多功能电致变色器件；对步骤(1)～(3)之间没有时间先后顺序的要求。

16、本发明还提供了上述方案所述柔性双波段多功能电致变色器件或上述方案所述制备方法得到的柔性双波段多功能电致变色器件在电致变色智能窗、新型显示技术、可穿戴技术、分布式储能或二次电池领域中的应用。

17、本发明提供了一种柔性双波段多功能电致变色器件。本发明提供的器件不仅集成了双波段电致变色调控功能，还具备储能特性。这一突破性设计使得本发明器件在具备双波段电致变色特性的同时，还能作为电源使用，有效驱动各种电子设备，实现了节能效果的最大化。

18、本发明提供的柔性双波段多功能电致变色器件，其核心在于采用了具有氧缺陷的纳米线结构的柔性无机电致变色层，这一结构显著增强了无机材料的柔韧性。特别是，通过引入氧缺陷，本发明不仅提升了材料内部自由载流子的浓度，而且增强了在近红外波段的局域表面等离子体共振(lspr)吸收能力。这些特性赋予了柔性无机电致变色层独立调控可见光和近红外光的能力，同时加快了离子的扩散速度，从而显著提升了器件的响应速度。

19、本发明分别采用一维氧缺陷无机纳米材料与有机材料作为柔性无机电致变色层和柔性有机离子存储层，这种结构设计充分利用了柔性无机电致变色层的一维纳米结构和丰富的氧空位，以及柔性有机离子存储层的高柔性和快速响应特性。因此，本发明的电致变色器件展现出卓越的双波段性能，包括调制范围宽、响应速度快和循环稳定性优异。此外，本发明克服了传统无机电致变色材料在柔韧性、离子传输速度、循环寿命以及调制波长范围方面的局限性。

20、本发明还提供了上述方案所述柔性双波段多功能电致变色器件的制备方法。本发明提供的制备方法流程设计简洁，操作方便，便于实现器件的规模化生产和质量控制，为商业化应用奠定了坚实的基础。

21、本发明还提供了上述方案所述柔性双波段多功能电致变色器件或上述方案所述制备方法得到的柔性双波段多功能电致变色器件在电致变色智能窗、新型显示技术、可穿戴技术、分布式储能或二次电池领域中的应用。通过精确的光谱选择性调控，本发明的器件能够显著提高建筑和汽车的能源利用效率，并促进能源的存储与再利用，从而更有效地实现节能减排的目标，尤其适合用于电致变色智能窗、电致变色调温隔天幕、智能显示装置、备用电源、分布式储能装置或可穿戴设备能源装置。

1.一种柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，包括依次排布的第一柔性透明导电电极、柔性无机电致变色层、凝胶电解质、柔性有机离子存储层和第二柔性透明导电电极；

2.根据权利要求1所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述第一柔性透明导电电极和第二柔性透明导电电极独立地包括依次排布的导电层和柔性透明基底；

3.根据权利要求1或2所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述柔性无机电致变色层包括氧化钨、氧化钛、氧化钼和氧化钒中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述凝胶电解质中的阳离子包括h+、li+、zn2+和al3+中的一种或几种。

5.根据权利要求1或4所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述柔性有机离子存储层包括聚苯胺电极、pedot:pss电极和聚吡咯电极中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述凝胶电解质包括聚合物凝胶电解质、聚合物-陶瓷混合凝胶电解质、混合溶剂凝胶电解质和聚合物-液体电解质中的一种或几种。

7.根据权利要求2所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述第一柔性透明导电电极或第二柔性透明导电电极的导电层的厚度为50～1500nm；

8.根据权利要求2或7所述柔性双波段多功能电致变色器件，其特征在于，所述第一柔性透明导电电极和第二柔性透明导电电极的导电层的方块电阻独立地为5～450ω/square。

9.权利要求1～8任一项所述柔性双波段多功能电致变色器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.权利要求1～8任一项所述柔性双波段多功能电致变色器件或权利要求9所述制备方法得到的柔性双波段多功能电致变色器件在电致变色智能窗、新型显示技术、可穿戴技术、分布式储能或二次电池领域中的应用。