用于固態器件的共軛聚合物的形成制造技術

本發明專利技術公開了一種用于在組裝的固態器件內部或外部形成共軛聚合物的簡便方法。一種方法通常涉及向器件施加電壓，所述器件包含至少兩個電極、設置在所述電極之間的電解質組合物與電活性單體的組合、和與所述至少兩個電極電連接的電勢源；其中所述施加電壓使所述電活性單體聚合成共軛聚合物。還公開了由所述方法制備的電致變色制品和包含電解質組合物與共軛聚合物的復合物的固態器件。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術屬于電致變色器件領域，更具體地說，屬于利用在組裝的固態器件內部或外部形成的共軛聚合物的電致變色器件領域。
技術介紹
電致變色器件是自足式雙電極(或更多個電極)電解池，其包含電解質和一種或更多種電致變色材料。電致變色材料可以是有機的或無機的，并且當對所施加電勢作出響應而被氧化或還原時可逆地改變可見顏色。因此構造電致變色器件以在電極上施加電場后通過光的透射、吸收或反射來調制入射的電磁輻射。用于所述器件的電極和電致變色材料取決于器件類型，即吸收/透射或吸收/反射。吸收/透射電致變色器件通常通過使電致變色材料在著色態和漂白(無色)態之間進行可逆轉換來運行。用于這些器件的典型電致變色材料包括銦摻雜氧化錫(ITO)、氟摻 納米管(SWNT)。已經使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材層、作為工作電極的ITO透明層、以及作為對電極的PED0T-PSS第三層構造了這種類型的示例性電致變色器件。吸收/反射型電致變色器件通常包含反射金屬作為電極。將電致變色材料放置在電極上并且面朝外，以使得入射光從電致變色材料/電極表面反射出來。對電極在活性電極后面。這些反射器件中可以使用相似的電極和電致變色材料，特別是ITO和PED0T-PSS。利用電致變色聚合物的常規構造的電致變色器件具有在頂部組裝有電極的獨立電致變色聚合物層。在兩個電極之間使用它們之間的電解質組裝器件，以實現氧化還原活性的電致變色聚合物所必需的離子穿梭。該電解質經常交聯成凝膠。在使用電致變色聚合物(如PED0T)制備上述電致變色器件的常規方法中，在器件組裝之前使電致變色聚合物形成獨立薄膜。制備所述薄膜的典型方法是由溶液等通過電沉積、旋鑄或噴鑄進行。使用電沉積的缺點包括使用昂貴且浪費的電解質浴液(bath)、需要頻繁更換浴液中的有機鹽和溶劑、以及需要妥善處理廢浴液。還已知電沉積方法的產率低。除電沉積之外的另一些方法涉及復雜的合成以產生可溶型的電致變色聚合物，然后這些聚合物可被鑄塑并組裝在器件中。可將所謂的前體聚合物用于鑄塑方法中，然后轉化為其電致變色配對物。但是，這種方法仍然涉及在器件組裝之前首先制備電致變色聚合物膜。本領域中仍然需要制備電致變色器件的方法。也仍然需要具有改善性能的電致變色器件。
技術實現思路
在一個實施方案中，一種形成固態器件的方法包括向器件施加電壓，所述器件包含至少兩個電極、電解質組合物與電活性單體的組合、以及與所述至少兩個電極電連接的電勢源(potential source),所述組合被設置在所述至少兩個電極之間；其中所述施加電壓使所述電活性單體聚合以形成包含共軛聚合物和電解質組合物的復合物。在一個實施方案中，一種形成固態器件的方法包括向器件施加電壓，所述器件包含至少兩個電極、交聯的凝膠電解質組合物與電活性單體的組合、以及與所述至少兩個電極電連接的電勢源，所述組合被設置在所述至少兩個電極之間；其中所述施加電壓使所述電活性單體聚合以形成包含共軛聚合物和交聯的凝膠電解質組合物的復合物。在另一個實施方案中，一種固態器件包含至少兩個電極、和設置在所述至少兩個電極之間的復合物，所述復合物包含共軛聚合物和電解質組合物；其中所述復合物通過在包含所述電解質組合物與電活性單體的組合中的電活性單體的原位聚合形成。在另一個實施方案中，固態器件包含至少兩個電極、和設置在所述至少兩個電極之間的復合物，所述復合物包含共軛聚合物和交聯的凝膠電解質組合物；其中所述復合物通過在包含所述交聯的凝膠電解質組合物與電活性單體的組合中的電活性單體的原位聚 合形成，其中所述共軛聚合物不形成為獨立的膜。附圖說明附圖中的組件不一定按比例，而是強調著重于清楚闡明本文所述實施方案的原理。此外，在附圖中，貫穿幾個視圖相同的附圖標記指相同部分。圖I是在組裝的固態器件內部使電活性單體原位聚合成共軛導電的電致變色聚合物的方法的原理圖。圖2示出包含原位形成的PEDOT的器件的UV-Vis-NIR譜氧化態㈧和中性態(B)(明視覺對比度(photopic contrast) 40% )。圖3示出聚(BTD-co-EDOT)器件的分光電化學，實線=中性態(OV);虛線=氧化態(3V)。圖4⑷示出Ag線作為參比電極的原位PEDOT器件。圖4(B)示出在轉化過程期間1500nm處的吸光度以及Ag線作為參比電極的原位PEDOT器件所消耗的電荷。圖4(C)示出轉化之后，Ag線作為參比電極的原位PEDOT器件轉換的計時庫侖法。圖5(A)_(D)示出經噴墨圖案化的原位電致變色器件的圖像。專利技術詳述本文公開了一種形成固態器件的簡便的、成本有效的和可工業規模化的方法，所述固態器件包含通過電活性單體原位聚合的共軛聚合物。本文所使用的共軛聚合物是電致變色聚合物、電活性聚合物或導電聚合物的同義詞。通過向器件施加電壓以使包含電解質組合物與電活性單體的組合的混合物中存在的電活性單體聚合，從而在所述器件內部形成共軛聚合物。可以在施加通過電化學聚合實現共軛聚合物形成的電壓之前完整地組裝器件。這種方法避免了制備這種固態器件(例如，電致變色器件(Era))所需的許多常用工藝步驟。所避免的這些步驟包括在基材上形成共軛聚合物的獨立薄膜、形成用于電沉積的電解質浴液、處理電解質浴液，等等。也不需要用于器件組裝的特殊工藝步驟、用于共軛聚合物制備的特殊合成步驟，并且因為未使用包含溶劑和有機鹽的電解浴液，所以大大避免了化學品浪費。本文還公開了通過該方法制備的固態器件。制備器件只需要包含電活性單體與電解質組合物的組合的混合物。與經由電化學沉積制備的常規形成的共軛聚合物膜(之后用于形成組裝的器件)不同，共軛聚合物不形成獨立薄膜，而是與電解質組合物形成聚合物復合物。例如，當使用凝膠電解質時，共軛聚合物與凝膠電解質基質形成復合物。通過這種方法可形成多種復雜摻合物。可以制備的示例性固態器件包括ECD、有機薄膜晶體管(OTFT)、有機發光二級管(OLED)、太陽能電池和有機光伏電池(OPV)、下文另外描述的器件、和另一些固態器件。該方法的另一個優點在于，它可通過選擇可溶解或分散電活性單體的適當電解質組合物而使用固體或液體電活性單體進行。另一些優點包括易于通過多種電活性單體共聚得到的顏色混合進行顏色調控。另一個優點在于當使用原位聚合時，特別是當電化學單體在交聯電解質基質與電活性單體的復合物內進行電聚合時，形成較高的明視覺對比度。不希望受縛于理論，假設較高明視覺對比度的形成是由于共軛聚合物鏈之間的堆積較少，其由聚合物復合物的物理構象引起。因此使鏈間相互作用分散，并且在氧化(導電、漂白)態時導致了空穴(缺少電子)的鏈間移動性較少，這意味著在氧化態時低能吸收較少，進而有助于在氧化態時吸收可見光，并最終觀察到較高的明視覺對比度。 當使用原位聚合時，出乎意料的是，因為整個電極表面上存在的交聯的凝膠電解質好像是壁壘，所以可以在組裝的密封器件中制備共軛聚合物的任選均勻層。但是，根據該方法使用凝膠電解質內的單體制備的器件表現出空前的均勻性。這種均勻性是因為在基質中形成了上述復合物。在一個實施方案中，一種制造固態器件的方法包括提供一種器件，其包含至少兩個電極、設置在所述電極之間的電解質組合物與電活性單體的組合、以及與所述至少兩個電極電連接的電勢源；和向所述器件施加電壓以使所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：格里戈里·A·索特青，邁克爾·安東尼·因韋爾納萊，
申請(專利權)人：康涅狄格大學，
類型：
國別省市：