電荷移動・光制御技術を駆使した高性能エレクトロクロミックデバイスの創出

利用电荷转移和光控制技术创建高性能电致变色器件

• 批准号: 17J08533
• 负责人: 清野 雄基
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08533/
• 关键词: エレクトロクロミック; メタロ超分子ポリマー

メタロ超分子ポリマーを用いたECデバイスは、可逆的な酸化還元反応を利用した表示デバイスであり、用いる有機配位子と金属イオンの組み合わせで、その電荷移動吸収に基づく多様な色を呈し、±3V以下の電圧で駆動させることができる。メタロ超分子ポリマー膜自体は、10万回のサイクル特性が確認されているが、ECデバイスは数百回程度にとどまっていた。本研究では、デバイス劣化の要因を解明し、デバイスの作製プロセスおよび素子構造を最適化することで、室温ならびに高温環境下においても優れたサイクル特性を示すECデバイスの開発を行った。まず、室温下で300回繰り返し動作させたデバイスを分解し、得られたポリマー膜付きITO基板と対極のITO基板の表面分析をXPS法により行ったところ、解析結果からポリマー膜の劣化はほとんどないことが確認された。一方、対極のITO基板表面上に水酸化インジウムと微量の水酸化リチウムが存在していることが明らかとなった。この結果から、水の混入と対極のITOの還元劣化による水酸化物の形成がデバイス劣化の要因の一つであることがわかったため、次に電解質層と対極電極との間に対極物質層として導電性高分子であるPEDOT:PSSを検討した。その結果、繰り返し通電による対極のITOの劣化を抑制することに成功し、室温下において1000回以上のサイクル特性を得ることができた。さらに、高温動作を可能にするために、不揮発性、難燃性なイオン液体を含む電解質物質を開発し、これを用いたPolyFeおよびPolyRuベースのECデバイスにおいて温度と湿度を制御できる恒温チャンバーを用いた60℃~80℃の雰囲気でも100回の安定した繰り返し駆動を示し、室温まで冷ました後もコントラスト比の低下が抑制された良好なエレクトロクロミック動作を示した。

使用金属超分子聚合物的EC器件是利用可逆氧化还原反应的显示器件，根据所使用的有机配体和金属离子的组合，它们根据其电荷转移和吸收而呈现出多种颜色，并且可以用电压驱动。 3V或更低。金属超分子聚合物膜本身已被证实能够循环10万次，但EC装置只能循环几百次。在这项研究中，我们通过阐明导致器件劣化的因素并优化器件制造工艺和元件结构，开发了即使在室温和高温环境下也能表现出优异循环特性的EC器件。首先，我们拆解了在室温下运行了300次的器件，并使用XPS方法对所得的带有聚合物膜的ITO基板和对电极ITO基板的表面进行了分析。分析结果表明，几乎没有劣化。证实了这一点。另一方面，可知在对电极ITO基板的表面存在氢氧化铟和微量的氢氧化锂。由此结果发现，由于水的污染和对电极上ITO的还原劣化而形成氢氧化物是器件劣化的原因之一。我们对导电聚合物PEDOT:PSS进行了研究。结果，我们成功地抑制了由于重复通电而导致的对电极ITO的劣化，并且能够在室温下获得超过1000次的循环特性。此外，为了实现高温操作，我们开发了一种含有非挥发性阻燃离子液体的电解质材料，并在使用该电解质材料的PolyFe和PolyRu基EC器件中使用了可以控制温度和湿度的恒温室即使在60°C至80°C的气氛中，它也表现出稳定的重复驱动100次，并且即使在冷却至室温后也表现出良好的电致变色操作，并且对比度下降受到抑制。

项目成果

有機／金属ハイブリッドポリマーを用いたエレクトロクロミックデバイスおよびその製造方法

使用有机/金属杂化聚合物的电致变色器件及其制造方法

• 发表时间: 2017

高温動作を実現するメタロ超分子ポリマーを用いたエレクトロクロミック素子の開発

使用金属超分子聚合物开发可实现高温操作的电致变色器件

• 发表时间: 2017
• 作者: 清野雄基; 金尾美樹; 樋口昌芳
• 通讯作者: 樋口昌芳

エレクトロクロミック素子およびそれを用いた表示システム

电致变色器件及使用其的显示系统

• 发表时间: 2017

メタロ超分子ポリマーを表示層とした表示デバイスの開発

以金属超分子聚合物为显示层的显示装置的开发

• 发表时间: 2017
• 作者: 木川大吉; 鈴木貴弘; 清野雄基; 樋口昌芳; 牧英之
• 通讯作者: 牧英之

メタロ超分子ポリマーを用いた高繰り返し耐久性エレクトロクロミックデバイスの開発

使用金属超分子聚合物开发高重复耐久性电致变色器件

• 发表时间: 2017
• 作者: 清野雄基; 金尾美樹; 樋口昌芳
• 通讯作者: 樋口昌芳