Электрохромное устройство

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (эп С 02 F 1/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3351020/18-25 (22) 20. 10. 81 (31) 199892 (32) 23. 10.80 (33) СИА (46) 23.11.84. Бюл. У, 43 (72) Сун И.Хуанг и Роберт Доменико .Джиглия (СИА) (71) Американ Цианамид Компани (США) (53) 535.511(088.8) (56) 1. Патент США Р 4116545, кл. 350- 357, опублик. 26.09.76, 2. Патент США В 4174152, кл. 350-357, опублик. 1,3.11.79 (про". тотип). (54) (57) ЭЛЕКТРОХРОИНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее пленку устойчивого электрохромного соединения, находящегося в ионопроводящем контакте с полимер». ной электролитной пленкой, причем оба слоя расположены между двумя электродными слоями противоположной полярности, о т л и ч а ю щ е е с я, тем, что, с целью повьппения срока службы, стабильности характеристик и быстродействия, полимерная. электролитная пленка в нем представляет собой сополимер 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислоты и винилсульфокислоты. .

1126212 2

Изобретение относится к устройст- вам отображения информации и работает на эффекте устойчивого электрохромизма.

Известно электрохромное светомодулирующее устройство, в котором в качестве ионопроводящего материала используют водный раствор полиэтилен сульфоновой кислоты с концентрацией, обеспечивающей получение вязкоупру- 10 гой консистенции j1) ..

Недостаток устройства — небольшой срок службы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является элект- 15 рохромное устройство, содержащее пленку устойчивого электрохромного соединения, находящегося в ионопроводящем контакте с полимерной электролитной пленкой, причем оба слоя 20 расположены между двумя электродными слоями противоположной полярности.

Полимерная электрохромная пленка в этом устройстве представляет собой .25 сополимер акрилатного или метакрилатного сомономера с сомономером, содержащим кислотную группу, например с сомономером 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, при- 50 чем содержание последнего достаточно для того, чтобы сделать материал гидрофильным (Zj .

Недостатки известного устройства — небольшой срок службы, недостаточная стабильность характеристик и низкое быстродействие, Целью изобретения является повышение срока службы, стабильности характеристик и быстродействия. 40

Поставленная цель достигается тем,. что в электрохромном устройстве, содержащем пленку устойчивого электрохромного соединения, находящегося в ионопроводящем контакте с 45 полимерной электролитной пленкой, причем оба слоя расположены между двумя элекгродными слоями, полимерная электролитная пленка представляет собой сополимер 2-акриламидо-250

-метилпропансульфокислоты (АИПС) и винилсульфокислоты (ВСК).

При прочих равных условиях скорость переключения в электрохромном приборе, содержащем полимерный 55 электролит, обратно пропорциональна эквивалентному весу (ЭВ) полимерного электролита. ЭВ представляет собой молекулярный 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 . электрохромных 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 электрохромном устройстве.

Разрушение некоторых гомополимеров

ВСК проявляется как коричневое окра-. шивание слоя в приборе, которое исчезает

Использование в электрохромном приборе гомополимера AMIIC (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 АИПС;

При мольном соотношении соответ:,ствующих звеньев, равном 1: 1 ЭВ-157.)

С этим сополимером наблюдается пропорциональнбе увеличение скорости переключения по,сравнению с гомополимером фщС, и стабильность сополимера

E приборе менее чувствительна к содержанию воды, чем стабильность гомополимера. Работа при 50 С значительО но улучшается. Скорость переключения повышается, а время эксплуатации увеличивается.

Пример 1. Получение сополимера. В реакционную колбу, содержащую 74 г дистиллированной и дегазированной воды, прибавляют 10 r 2-акрипамидо-2-метилпропансульфокислоты и 17,15 r 40X-ного водного раствора натриевой соли винилсульфокислоты.

Перед смешиванием раствор натриевой соли винилсульфокислоты очищают про" пусканием через колонку с активированным углем. Через реакционную смесь пропускают азот, нагревают до 65 С и прибавляют в нее 0,20 r катализатора (перекисной янтарной кислоты). Реакционную смесь выдержиIl26212

3 вают в этих условиях 18 ч. В конце смесь с продуктом охлаждают до 250С и небольшую порцию смеси выливают на стеклянную пластинку. Сухая пленка очень прозрачна, что указывает на полную полимеризацию. Кроме того, анализ на ненасыщенные группы показывает, что содержание остаточного мономера менее, чем 0,16 . от общего веса, ИК-спектрофотометрический ана- 10 лиз показывает, что 50 мол, сополимеризованных мономерных единиц содержат амидную группу. 20 r образца смеси реакционного продукта разбавляют добавлением 80 г дистиллированной воды. Разбавленный раствор пропускают через колонку, содержащую монообменную смолу Амберлит 1к-120.

Раствор сополимера высушивают и хранят в закрытой посуде. 20

Пример 2. Получение сополимера. 40Х-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 20х50 меш. 185 г 40 .-ного раствора натриевой соли ВСК прибавляют вместе с 118 г (0,57 мол) мономера АМПС и 114 г дистиллированной и дегазированной воды в трехгорлую реакционную колбу, снабженную механической мешалкой .и подачей азота.

Затем добавляют 0,95 г перекисной янтарной кислоты.и реакционную смесь выдерживают.при 60 С 16 ч. Реакционо 35 ная смесь охлаждается до 25 С и разбавляется водой до получения

4 вес. раствора. ° Разбавленную смесь с продуктом диализуют в течение трех дней с использованием диализной мембраны "Спектофор", которая "отсекает" молекулярный вес от 3500.. Затем раствор сополимера пропускают через колонку, набитую Амберлитом 1Ч-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 TiO (пигмент), 0,025 r силиконового поверхностно-активного соединения (Union Carbide L-5340) и 9 г 55 лиофипьно высушенного сополимера

ВСК-АИПС, 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

%0, (коммерчески доступен как стекло NE9A ).

Окись вольфрама наносят на стекло N EGA в виде семилепестковой Аормы 8,5 мм высотой и толщиной 1500 А.

Кольцо Милара толщиной 0,35 мм с помощью эпоксидного клея наклеивают на стекло N EQA, 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 увлажо няют при 25 С в азоте,при относительной влажности (ОВ) 45Х. Второй электрод состоит из углеродного-бумажной структуры, его сжимают между полимерным, слоем и другой Й Е5А пластиной. Две пластины NE5A герметизируют затем по кромкам с помощью эпоксидного цемента.

Собранный электрохромный аппарат о проверяют при 50 С, накладывая элект" рические импульсы, имеющие напряжение приблизителвно 1,0 В, постоянно- го 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 дисплее голубое изображение. Для стирания изображения полярность из- меняют и пропускают ток, равный

340 мА в течение 0,9 с. Два таких устройства циклически испытывались (окраска и ее исчезновение) в течение 7х10 циклов без повреждения.

Пример 4. Электрохромное устройство. Электрохромное устройство получают по примеру 3, за исключением того, что используют некоторые другие полимерные электролиты, Устройство испытывают на циклической аппаратуре постоянного действия для определения сохраняемости переключающего цикла и относительной скорости переключения. Используют полимерные электролиты, их эквивалентные веса и результаты испытаний представлены в таблице.

Сополимер ВСК-АИПС имеет более медленную скорость переключения, чем

:Полимерный электролит

Относительная скорость переключения

Циклы переключения

ЭВ

3 10

10 ° 10

1,9

Гомополимер BCK

108

207

1,0

Гомополимер АМПС

ВСК-АМНС/ полимер (1!1 моль) 8 10

1,3

157

Составитель Г.Апександров

Редактор А.Шишкина Техред М.Гергель Корректор Е.Сирохман

Заказ 8570/46 Тираа 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35 Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ушгород, ул. Проектная, 4

3 1126212 б гомополимеры ВСК, однако он обладает практического применения электрохромбольшим числом циклов переключения ных устройств сополимер ВСК-АМПС и имеет более высокую скорость пере- предпочтителен в силу сочетания в ключения, но меньшее числа циклов, нем высокой скорости переключения переключения, чем гомополимер АМПС. З при сохранении большого числа циклов

В большинстве существуннцих вариантов переключения.