Электрохромное устройство Советский патент 1984 года по МПК G02F1/17 

Изобретение относится к устройствам отображения информации и работает на эффекте устойчивого электрохромизма.

Известно электрохромное светомодулирующее устройство, в котором в качестве ионопроводящего материала используют водньй раствор полиэтилен сульфоновой кислоты с концентрацией, обеспечивающей получение вязкоупругой консистенции m.

Недостаток устройства - небольшой срок службы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электрохромное устройство, содержащее пленку устойчивого электрохромного соединения, находящегося в ионопроводящем контакте с полимерной электролитной пленкой, причем оба слоя расположены между двумя электродными слоями противоположной полярности.

Полимерная электрохромная пленка в этом устройстве представляет собой сополимер акрилатного или метакрилатного сомономера с сомономером, .содержащим кислотную группу, например с сомономером 2-акриламидо-2- -метилпропансульфонорой кислоты, при чем содержание последнего достаточно для того, чтобы сделать материал гидрофильным 2j .

Недостатки известного устройства - небольшой срок службы, недостаточная стабильность характеристик и низкое быстродействие.

Целью изобретения является повышение срока службы, стабильности характеристик и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем,, что в электрохромном устройстве, содержащем пленку устойчивого электрохромного соединения, находящeгodя в йонопроводящем контакте с полимерной электролитной пленкой, причем оба слоя расположены между Двумя электродными слоями, полимерная электролитная пленка представляет собой сополимер 2-акрШ1амидо-2-метилпропансульфокислоты (АМПС) и винилсульфокислоты (век)4

При прочих равных условиях скорость переключения в электрохромном приборе, содержащем полимерный электролит, обратно пропорциональна эквивалентному весу (ЭВ) полимерного электролита. ЭВ представляет собой молекулярны вес, отнесенный на кислотную группу данного полимера. Полимерные электролиты, имеющие более низкие ЭВ, имели более высокую проводимость, но, к сожалению, полимерные электролиты, имеющие более низкие ЭВ обычно обладают в . злектрохромньк устройствах худшей стабильностью, что уменьшает срок службы прибора. Использование полистиролсульфокислоты (ЭВ 184) и гомополимера ВСК (ЭВ 108) приводит к очень высоким скоростям переключения в электрохромных приборах, но уменьшение времени цикла сопровождается разрушением полимера или других компонентов, контактирующих с полимером в злектрохромном устройстве. Разрушение некоторых гомополимеров ВСК проявляется как коричневое окрашивание слоя в приборе, которое исчезает.

Использование в электрохромном приборе гомополимера АМПС (ЭВ 207) приводит к отличной стабильности и умеренно хорошей скорости переключения при тщательном контроле над содержанием воды в полимерном слое прибора. Было обнаружено существенное увеличение эффективности при использовании сополимеров ВСК и АМПС

При мольном соотношении соответ1СТВУЮЩИХ звеньев, равном 1:1 ЭВ-157. С этим сополимером наблюдается пропорциональнбе увеличение скорости переключения по .сравнению с гомополимером АМПС, и стабильность сополимера Е приборе менее чувствительна к содержанию воды, чем стабильность гомополимера. Работа при 50 С значительно улучшается. Скорость переключения повышается, а время эксплуатации увеличивается.

Пример 1. Получение сополимера. В реакционную колбу, содержащую 74 г дистиллированной и дегазированной воды, прибавляют 10 г 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоть;и 17,15 г 40%-ного водного раствора натриевой соли винилсульфокислоты. Перед смешиванием раствор натриевой соли винилсульфокислоты очищают пропусканием через колонку с активированным углем. Через реакционную смесь пропускают азот, нагревают до 65®С и прибавляют в нее 0,20 г катализатора (перекисной янтарной кислоты). Реакционную смесь вьщерживают в этих условиях 18 ч, В конце смесь с продуктом охлаждают до и небольшую порцию смеси выливают на стеклянную пластинку. Сухая-пленка очень прозрачна, что указьшает на полную полимеризацию. Кроме того, анализ на ненасыщенные группы показывает, что содержание остаточного мономера менее, чем 0,16% от общего веса, ИК-спектрофотометрический анаЛИЗ показывает, что 50 мол.% сополимеризованных мономерньгх единиц содержат амидную группу, 20 г образца смеси реакционного продукта разбавляют добавлением 80 г дистиллированной воды. Разбавленньй раствор пропускают через колонку, содержащую монообменную смолу Амберлит 1R-120. Раствор сополимера высушивают и хранят в закрыюй посуде.

Пример 2. Получение сополимера. 40%-ный водный раствор весом 185 г, содержащий 0,57 моль натриевой соли винилсульфокислоты пропускают через длинную (60 см) колонку, набитую активированным углем с размером частиц 20x50 меш 185 г 40%-ного раствора натриевой соли ВСК прибавляют вместе с 118 г (0,57 мол) мономера АМПС и 114 г дистиллрфованНой и дегазированной воды в трехгорлую реакционную колбу, снабженную механической мешалкой и подачей азот Затем добавляют 0,95 г перекисной янтарной кислоты.и реакционную смесь выдерживают,при бО°С 16 ч. Реакционная смесь охлаждается до и разбавляется водой до получения 4 вес.% раствора.. Разбавленную смесь с продуктом диализуют в течение трех дней с использованием диализной мемб раны Спектофор, которая отсёкает молекулярный вес от 3500. Затем раствор сополимера пропускают через колонку, набитую Амберлитом 1Я-120 (ионообменная смола) для перевода соли в кислоту, и в конце сополимер высушивают лиофильно.

Пример 3. Электрохромное устройство. Смесь полимерного электролита для полива получают добавлением 13 мл дистиллированной воды, 1 г TiOj (пигмент), 0,025 г силиконового поверхностно-активного соединения (Union Carbide L-5340) и 9 г лиофипьно высушенного сополимера ВСК-АМПС, полученного по примеру 1, и размалыванием в течение 24 ч.

Электрохромную пленку на электроде получают напылением аморфной пленки окиси вольфрама на стеклянный субстрат, покрытый проводящим SifiOj (коммерчески доступен как стекло ).

Окись вольфрама наносят на стекло N ESA в виде семилепестковой ормы 8,5 мм высотой и толщиной 1500 А. Кольцо Милара толщиной 0,35 мм с помощью эпоксидного клея наклеивают на стекло N Е5А, получая при этом, полость вокруг электрохромного изображения. Полимерную смесь для полива помещают внутрь для заполнения полости. Полимерную смесь сушат под сухим газообразным азотом до образования твердой пленки. Пленку увлажняют при 25 С в азоте,при относительной влажности (ОБ) 45%. Второй электрод состоит из углеродно го-бумажной структуры, его сжимают между полимерным, .слоем и другой Н ESA пластиной. Две пластины WE5A герметизируют затем по кромкам с помощью эпоксидного цемента.

Собранный электрохромный аппарат проверяют при 50 С, накладывая электрические импульсы, имеющие напряжение приблизителвно 1,0 В, постоянного тока сначала с. положительным бу мажным противоэлектродом и отрицательным электрохромным электродом, пропуская ток, равный 320 мА в тече ние 0,9 с. Окись вольфрама дает на исплее голубое изображение. Для стирания изображения полярность изеняют и пропускают ток, равный 340 мА в течение 0,9 с. Два таких стройства циклически испытывались (окраска и ее исчезновение) в теение 7x10 циклов без повреждения.

Пример 4. Злектрохромное стройство. Электрохромное устройство получают по примеру 3, за исклюением того, что используют некото- рые другие полимерные электролиты. стройство испытьгоают на циклической аппаратуре постоянного действия для пределениясохраняемости переключающего цикла и относительной скорости переключения. Используют полимерные электролиты, их эквивалентные веса и результаты испытаний представены в таблице.

Сополимер ВСК-АМПС имеет более едленную скорость переключения, чем

гомополимеры ВСК, однако он обладает большим числом циклов переключения и имеет более высокую скорость переключения, но меньшее число циклов переключения, чем гомополимер АМПС. В большинстве существующих вариантов

практического применения электрохромных устройств сополимер ВСК-АМПС предпочтителен в силу сочетания в .нем высокой скорости переключения при сохранении большого числа циклов переключения..

ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее пленку устойчивого элект-; рохромного соединения, находящегося в ионопроводящем контакте с полимергной электролитной пленкой, причем оба слоя расположены мезкду двумя электродными слоями противоположной полярности, отличающ ее с я. тем, что, с целью повышения срока службы, стабильности характеристик и быстродействия, полимерная электролитная плёнка в нем представляет собой сополимер 2-акриламидо-2-метил пропансульфокислоты и винилсульфокислоты. СО

Полимерный электролит

Гомополимер ВСК Гомополимер АМПС

ВСК-АМПС/ полимер (1:1 моль)

Относительная скорость переключения

1,9 1,0