Электрохромный индикатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ЕТИЗЬСТВУ

Сева Севетсанк

Сециаанст ические

Распубаик

<,,851320 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.05.78 (21)2609551/18-25 с присоединением заявки Не

<51)М. Ksi.

G 02 F1/17

ГасударстеенныЯ квинтет

СССР нв девам нзобретеннй н открытнЯ (23) 1 1риоритет

Опубликовано 300781. Бюллетень Й9 28 (5З) НЖ 535.511 (088.8) Дата опубликования описания 300;.81 (A.B. Самохин, Б.Г. Беккер и A.H. Давыдов

1 (72) Авторы изобретения

-(71) Заявитель (54 ) ЭЛЕКТРОХРОМНЫЙ ИНДИКАТОР

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

Известен электрохромный индикатор, 1О содержащий первую подложку, прозрач" ный электрод, электрохромный слой, окись вольфрама (WO>), ионопроницаемый сепаратор — слой материала, обладающего способностью проводить ионы и задерживать электроны, электрокаталитический слой, пористый слой, второй электрод и защитный алой, выполняющий функции второй подложки P1).

В исходном состоянии электрохромный слой прозрачен, при подаче управ- 2О ляющего напряжения с полярностью та. кой, чтобы была обеспечена возможвость инжектирования электронов в электрохромный слой со стороны электрода и обеспечено поступление положительных ионов со стороны электрокаталитического слоя, s электрохромном слое образуются соединенйя типа вольфрамовой бронзы, имеющие центры окращивания, которые связаны с элект ЗО 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 зкстрагируются из электрохромного слоя, поступление электронов со стороны электрокаталитического слоя невозможно изза наличия слоя, непроницаемого для электродов, и слой электрохромного материала обесцвечивается. Процессы окракмвания и обесцвечивания обратиMhl e

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 электрохромного материала, сепаратор — пористый слой, заполненный электролитом и обладающий ионной проводимостью противоэлектрод и вторую подложку 2 .

8513?О

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 долговечности и надежности электрохромного 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 модуля в 0 торе выполнен в виде иопообменной 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 противоэлектроде щ необратимых электрохимических реакций и миграций химически активных веществ в объеме индикатора обеспечивает сохраняемость индикатора и на 2-3 порядка увеличивает число циклов окрашивание-обесцвечивание".

11

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 злектрохромному слою 5 прилегает сепаратор б, выполненный в виде ионообменной мембраны, например мембрана типа NC-4CK. $6

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 ком$5 паунда на основе поливинилового спирта с графитовым порошком (15-20 вес.%) электроннообменной смолой марки

ЭО-7 (10-12 вес.Ъ), хлоранилом (0,05—

0,1 вес.Ъ) и бура-янтарнокислой бу- 40 ферной смесью (5-7 вес.В), влагосодержание компаунда — 10 и 2 вес.%.

К слою 7 примыкает противоэлектрод 8, выполненный, например, из вакуумно-напыпенной пленки палладия. б5

При сборке. 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 следующим образом.

При приложении к индикатору (между электродами 4 и 8) импульса напряжения 1-3 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:

AH — В + Н++в где А — радикал, смолы ЭО-.7;

 — окисленная форма смолы ЭО-7.

В объемах сепаратора 6 и компаунда 7 под действием электрического поля свободные ионы водорода, находящиеся в равновесии

-50з Н -SO + Н

t 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 (ИО ) до пода 3 чи 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» WOg ) . В результате электрохромный слой приобретает синий цвет на фоне белого сепаратора б. Поскольку электрохромный слой на основе окиси вольфрама имеет два стабильных состояния — a форме прозрачной в видимом свете окиси вольфрама и в форме окрашенной в синий цвет вольфрамовой бронзы, то после снятия напряжения область электрохромной пленки, лежащей на прозрачном электроде, остается окрашенной.

Для обесцвечивания окрашенной лектрохромной пленки на индикатор сдают импульс напряжения обратной полярности. 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 +ЕАН, возвращая индикатор в исходное состояние и исключая протекание побочных необратимых реакций, за счет

851320

Формула изобретения

Составитель В. Цветков

Редактор E. Спиридонова Техред М. Табакович Корректор Г. Решетник

Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Заказ 6 348/65

4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 которых ресурс индикатора быстро исчерпывается.

Электрохромные ячейки, выполненные согласно предлагаемому изобретению, выдерживали 10 циклов "окрашивание-обесцвечивание" без заметногО ухудшения контраста при напряжении

2В и длительности полуцикла 0,1 с.

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 надежности, между противоэлектродом и сепаратором введен слой обратимой окислнтельно-восстановительной сис темы, содержащей источник катионов, одноименных с катионами, находящимися в электролите.

2. Индикатор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что сепаратор о выполнен в виде ионообменной мембраны в протонированной форме.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США, М 3840288, кл. 350-160, опублик. 1974.

15 2. Патент США Р 3.944.333, кл. 350-100, опублик. 1976 (прототип).