Электрохромный индикатор Советский патент 1981 года по МПК G02F1/17 

(54) ЭЛЕКТРОХРОМНЫЙ ИЙДИКАТОР

t

Изобретение относится к устройствам визуального отображения информации, например, в микрокалькуляторах, наручных электронных часах, j миниатюрных маломощных приборах, причем в качестве рабочей среды в этих устройствах используются электрохромные материалы.

Известен электрохромный индикатор, |Q содержащий первую подложку, прозрачный электрод, злектрохромный слой, окись вольфрама (WO), ионопроницаемый сепаратор - слой материала, облсщакщего способностью проводить ионы и задерживать электроны, электронаталитический слой, пористый слой, второй электрод и защитный слой, выполняющий фулкции второй подложки 1,1},

в исходном состоянии электрохромный слой прозрачен, при подаче управ-л ляюпего напряжения с полярностью такой, чтобы была обеспечена возможность инжектирования электронов в электрохромиьй слой со стороны элект- рода и обеспечено поступление положительных ионов со стороны электрокаталитического слоя, в электрохромном слое образуются соединения типа вольфрамовой бронзы, имеющие центры окрашивания, которые связаны с электч и

ронами, локализованными на ионах вольфрама. Электрохромный слой приобретает достаточно интенсивную синюю окраску, которая сохраняется и при снятии управляющего напряжения. При смене полярности управляющего напряжения электроны экстрагируются из электрохромного слоя, поступление электронов со стороны электрокаталитического слоя невозможно изза наличия слоя, непроницаемого для электродов, и слой электрохромного материала обесцвечивается. Процессы окрашивания и обесцвечивания обратиРчЫ

Недостатками известного индикатора являются невысокое быстродействие и малый срок службы, ограниченный наличием необратимых химических превращений в электрокаталитическом

слое.

Наиболее близкий к предлагаемому электрохромный индикатор, содержащий первую подложку, прозрачный электрод, слой элёктрохромиого материала, сепаратор - пористый слой, заполненный электролитом и обладаиощий ионной проводимостью, противоэлектрод и вторую подложку L23

Недостатком этого индикатора является малая долговечность и надежность, обусловленная наличием необратимых химических процессов в электролите, разрушении противоэлектрода, герметизирующей прокладки и самого электрохромного слоя.

Цель изобретения - повышение долг вечности и надежности электрохромног индикатора.

Поставленная цель достигается тем что в индикаторе устраняется возможность протекания необратимых реакций и накапливание их продуктов за счет введения между противоэлектродом и сепаратором слоя обратимой окислительно-восстановительной системы, содержащей источник катионов, одноименных с катионами, находящимися в электролите.

Сепаратор в предлагаемом модуляторе выполнен в виде ионообменной мембраны в протонированной форме, в которой анионы пространственно локализованы и закреплены по объему сепаратора и не участвуют в миграционных и диффузионных процессах и потому не вступают в электрохимические реакции на поверхности противоэлектрода.

Устранение на противозлектроде необратимых электрохимических реакций и миграций химически активных веществ в объеме индикатора обеспечивает сохраняемость индикатора и на 2-3 порядка увеличивает число циклов окрашивание-обесцвечивание,

На чертеже изображен индикатор, разрез.

Индикатор представляет собой ячейку, включающую стеклянные подложки 1 и 2 и слой герметизирующего состава 3, например «эпоксидной смолы, наполненной нитридом бора. На подложку 1 нанесен прозрачный электрод 4, например из двуокиси олова и слой 5 окиси вольфрама, полученный, например, испарением в вакууме.

К электрохромному слою 5 прилегает сепаратор б, выполненный в виде ионообменной мембраны, например мембрана типа МФ-4СК.

Перед сборкой индикатора мембрану переводят в кислую форму и насыщают водой, т.е. производят набухание мембраны. Слой 7 представляет собой окислительно-восстановительную систему и выполнен, например, из компаунда на основе поливинилового спирта с графитовым порошком (15-20 вес. электроннообменной смолой марки ЭО-7 (10-12 вес.%), хлоранилом (0,050,1 вес.%) и бура-янтарнокислой буферной смесью (5-7 Bec.%)j влагосодержание компаунда - 10 t 2 вес.%.

К слою 7 привыкает противоэлектрод 8, выполненный, например, из вакуумно-напыленной пленки палладия.

При сборкеэ индикатора сепаратор б и компаунд 7 сжимаются между подложками 1 и 2 и в сжатом виде индикатор герметизируется, благодаря, этому обеспечивается гальванический контакт между слоями.

Функционирование индикатора происходит следукдцим образом.

При приложении к индикатору (межд электродами 4 и 8) импульса напряжения В и длительностью 0,1-0,4 с такой полярности, что ток направлен от противоэлектрода к прозрачному электроду, в структуре индикатора протекают различные процессы.

На границах раздела противоэлектрод-компаунд и графитовая частичкакомпаунд прохождение тока обусловлено электрохимической реакцией:

АН - В + И + в где А - радикал, смолы ЭО-7;

В - окисленная форма смолы ЭО-7.

В объемах сепаратора б и компаунда 7 под действием электрического поля свободные ионы водорода, находящиеся в равновесии

-SO,jH5rZ -SO- - Н,

переносятся к электрохромному слою 5 и инжектируются в него. Одновременно из прозрачного электрода 4 в электрохромный слой инжектируется эквивалентное количество электронов. Электрохромный слой, представляющий собой пленку окиси вольфрама (WO),до подачи напряжения является прозрачным. При прохождении тока и инжекции в него протонов и электронов в слое возникают центры окрашивания, появление которых связывают Ь образованием вольфрамовой бронзы (Н;, WOj ) . В результате электрохромный слой приобретает синий цвет на фоне белого сепаратора б. Поскольку Электрохромный слой на основе окиси вольфрама имеет два стабильных состояния - в форуме прозрачной в видимом свете окиси вольфрама и в форме окрашенной в синий цвет вольфрамовой бронзы, то после снятия напряжения область электрохромной плеики, лежащей на прозрачном электроде, остается окрашенной.

Для обесцвечивания окрашенной шектрохромной пленки на индикатор юдают импульс напряжения обратной юлярности. При этом электроны экстрагируются в прозрачный электрод, а протоны - в слой мембраны и слой обесцвечивается. Протоны в слоях 6 и 7 переносятся электрическим полем к противоэлектроду, а на окислительно-восстановительном электроде (7, 8) протекает электрохимическая реакция

В + Н

возвращая индикатор в исходное состояние и исключая протекание побочных необратимых реакций, за счет которых ресурс индикатора быстро исчерпывается . Электрохромные ячейки, выполненные согласно предлагаемому изобретению, выдерживалиЮ циклов окрашивание-обесцвечивание без заметног ухудшения контраста при напряжении 2В и длительности полуцикла 0,1 с. Формула изобретения 1. Электрохромный индикатор, содержащий первую подложку, прозрачный электрод, слой электрохромного материала, сепаратор с электролитом, об ладающий ионной проводимостью, противоэлектрод, вторую подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и на дежности, между противоэлектродом и сепаратором введен слой обратимой окислительно-восстановительной системы, содержащей источник катионов, одноименных с катионами, находящимися в электролите. 2. Индикатор по п. 1, отл. ичающийся тем, что сепаратор выполнен в виде ионообменной мембраны в протонированной форме. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США, № 3840288, кл. 350-160, опублик. 1974. 2.Патент США 3.944,333, кл. 350-100, опублик. 19-76 (прототип).