Dispositivos electrocrómicos flexibles, electrodos para los mismos, y método de fabricación.

Una fibra o tejido electrocrómico, que comprende:

una fibra flexible conductora de la electricidad

(50), en el que la fibra comprende un polímero orgánico no conductor de la electricidad (52) que se ha vuelto conductor de la electricidad mediante un material conductor de la electricidad que es poli(vinilpiridina) o en el que una fibra no conductora se reviste con un polímero conductor de la electricidad que es PEDOT-PSS, poli(tiofeno), poli(pirrol), poli(anilina), poli(acetileno), poli(p-fenilenvinileno), o poliestirenosulfonato de politien[3,4-b]tiofeno sulfonado;

una capa que comprende un material electrocrómico (54) colocado sobre y rodeando la fibra flexible conductora de la electricidad; y

una capa de electrolito (56) colocada sobre y rodeando la capa que comprende el material electrocrómico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/027956.

Solicitante: UNIVERSITY OF CONNECTICUT.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 263 Farmington Avenue, MC-6207 Farmington, CT 06030 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SOTZING,GREGORY A, INVERNALE,MICHAEL A.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > OPTICA > DISPOSITIVOS O SISTEMAS CUYO FUNCIONAMIENTO OPTICO... > Dispositivos o sistemas para el control de la intensidad,... > G02F1/153 (Disposiciones relativas a la estructura)

PDF original: ES-2488399_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivos electrocrómicos flexibles, electrodos para los mismos, y método de fabricación

Antecedentes

La presente divulgación se refiere en general a dispositivos electrocrómicos, a electrodos para los mismos, y a métodos de formación de los electrodos.

Un dispositivo electrocrómico es una celda electrolítica de dos (o más) electrodos, autónoma que incluye un electrolito y uno o más materiales electrocrómicos. Los materiales electrocrómicos pueden ser orgánicos o inorgánicos, y cambian de forma reversible el color visible cuando se oxidan o se reducen en respuesta a un potencial eléctrico aplicado. Por lo tanto, los dispositivos electrocrómicos se construyen con el fin de modular la radiación electromagnética incidente a través de transmisión, absorción o reflexión de la luz tras la aplicación de un campo eléctrico a través de los electrodos. Los electrodos y los materiales electrocrómicos utilizados en los dispositivos dependen del tipo de dispositivo, es decir, de absorción/transmisión o de absorción/reflexión.

Los dispositivos electrocrómicos de absorción/transmisión por lo general funcionan mediante el cambio de forma reversible de los materiales electrocrómicos entre estados coloreados y blanqueados (incoloros) . Los materiales electrocrómicos habituales utilizados en estos dispositivos incluyen óxido de estaño dopado con indio (ITO) , óxido de estaño dopado con flúor (SnO2: F) , poli (3, 4-etilendioxitiofeno) :poli (sulfonato de estireno) (PEDOT-PSS) , y nanotubos de carbono de una sola pared (SWNT) . Se han construido dispositivos electrocrómicos flexibles de este tipo utilizando una capa de sustrato flexible de tereftalato de polietileno (PET) , una capa transparente de ITO como electrodo de trabajo, y una tercera capa de PEDOT-PSS como el contraelectrodo. Los inconvenientes con ITO incluyen un coste elevado y una flexibilidad menor en comparación con PEDOT-PSS. PEDOT-PSS, sin embargo, experimenta un valor de conductividad más baja en comparación con ITO. Un inconveniente adicional de los dispositivos de ITO para algunas aplicaciones es que para que la luz pase a través del dispositivo, los electrodos deben ser transparentes.

Los dispositivos electrocrómicos de tipo absorción/reflexión por lo general contienen un metal reflectante como un electrodo. El polímero electrocrómico se deposita sobre este electrodo y se enfrenta hacia el exterior para permitir que la luz incidente se refleje en la superficie del polímero/electrodo. El contraelectrodo se sitúa por detrás del electrodo activo. Se pueden usar electrodos y materiales electrocrómicos similares en estos dispositivos reflectantes, en particular, de ITO y de PEDOT-PSS.

La presente divulgación aborda el reto permanente de la fabricación de dispositivos flexibles electrocrómicos sin ITO que presentan una o más propiedades ventajosas, tales como el cambio rápido, alto contraste, flexibilidad, y en algunos casos, capacidad de estiramiento. Sería una ventaja adicional si dichos dispositivos no necesitaran un electrodo transparente o un sustrato conductor transparente.

En la técnica anterior, el documento WO 2008/066458A1 desvela circuitos electrónicos integrados en tejidos que incluyen pantallas electrónicas de acción.

Breve sumario

Las necesidades que se han descrito anteriormente y otras se satisfacen con una fibra o tejido electrocrómico que comprende una fibra flexible conductora de la electricidad, y una capa que comprende un material electrocrómico colocado sobre y alrededor de la fibra flexible conductora de la electricidad. En una realización, la fibra o el tejido es un polímero natural o sintético que se ha vuelto conductor de la electricidad, por ejemplo mediante revestimiento con un material conductor de la electricidad, o mediante impregnación de un tejido con partículas conductoras de la electricidad. Los polímeros que conducen la electricidad se pueden usar como el material conductor de la electricidad, por ejemplo PEDOT-PSS. En una realización particularmente ventajosa, la fibra o el tejido es tanto flexible como elástico. La invención con relación a la fibra o al tejido electrocrómico se define en la reivindicación 1 adjunta.

Además, se describen dispositivos electrocrómicos que comprenden las fibras y tejidos electrocrómicos que se han descrito anteriormente. En una realización, se describen dispositivos electrocrómicos que tienen fibras electrocrómicas dirigidas individualmente. Los dispositivos son especialmente útiles en la fabricación de prendas de vestir o en componentes de prendas de vestir. La invención con relación al dispositivo electrocrómico se define en la reivindicación 5 adjunta.

Además, se describen métodos para la fabricación de las fibras y tejidos electrocrómicos. En una realización, un método de formación de una fibra o tejido flexible electrocrómico, comprende la colocación de un material electrocrómico sobre una superficie de una fibra o tejido conductor de la electricidad para formar una capa electrocrómica en la superficie de la fibra o tejido conductor de la electricidad. La colocación del material electrocrómico puede comprender la colocación de un precursor de electrocrómico monomérico, y la polimerización

del precursor electrocrómico para formar una capa electrocrómica de polímero sobre la superficie de la fibra o tejido conductor de la electricidad. La invención con relación al método de formación de una fibra o tejido flexible electrocrómico se define en la reivindicación 11 adjunta

Breve descripción de las figuras

Los componentes de las figuras no están necesariamente a escala, haciéndose énfasis en ilustrar claramente los principios de las realizaciones que se describen en el presente documento. Además, en las figuras, los mismos números de referencia designan partes correspondientes a través de las distintas vistas.

La FIG. 1 es una vista esquemática en sección transversal de una fibra conductora de la electricidad a modo de ejemplo que comprende un filamento no conductor de la electricidad y una capa exterior de un material conductor de la electricidad. La FIG. 2 es una vista esquemática en sección transversal de una fibra conductora de la electricidad a modo de ejemplo que comprende cuatro filamentos no conductores (por ejemplo, polímero orgánico no conductor) combinados con tres filamentos conductores de la electricidad (por ejemplo, metal conductor de la electricidad) . La FIG. 3 es una vista esquemática en sección transversal de un electrodo de fibra electrocrómica a modo de ejemplo. La FIG. 4 es una vista esquemática en sección transversal de un tejido electrocrómico a modo de ejemplo en forma de una lámina ondulada, y que comprende un electrodo de fibra electrocrómica. La FIG. 5 es una vista en sección transversal esquemática, ampliada de un dispositivo electrocrómico a modo de ejemplo que comprende el tejido electrocrómico de la FIG. 4. La FIG. 6 es una vista en sección transversal esquemática, ampliada de otro dispositivo electrocrómico a modo de ejemplo que comprende el tejido electrocrómico de la FIG. 4. La FIG. 7 es una vista esquemática en perspectiva de un electrodo electrocrómico de tejido a modo de ejemplo. La FIG. 8 es una vista esquemática en sección transversal de un electrodo de tejido electrocrómico. La FIG. 9 es una vista esquemática en sección transversal de un electrodo de tejido electrocrómico que contiene materiales electrocrómicos colocados en ambas caras de un tejido conductor, y los efectos del cambio de polaridad en el color del material electrocrómico La FIG. 10 es una vista en sección transversal esquemática que ilustra un dispositivo electrocrómico a modo de ejemplo que comprende un electrodo de tejido electrocrómico.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una fibra o tejido electrocrómico, que comprende:

una fibra flexible conductora de la electricidad (50) , en el que la fibra comprende un polímero orgánico no conductor de la electricidad (52) que se ha vuelto conductor de la electricidad mediante un material conductor de la electricidad que es poli (vinilpiridina) o en el que una fibra no conductora se reviste con un polímero conductor de la electricidad que es PEDOT-PSS, poli (tiofeno) , poli (pirrol) , poli (anilina) , poli (acetileno) , poli (p-fenilenvinileno) , o poliestirenosulfonato de politien[3, 4-b]tiofeno sulfonado; una capa que comprende un material electrocrómico (54) colocado sobre y rodeando la fibra flexible conductora de la electricidad; y una capa de electrolito (56) colocada sobre y rodeando la capa que comprende el material electrocrómico.

2. La fibra o tejido electrocrómico de la reivindicación 1, en el que la fibra o tejido electrocrómico es además elástico.

3. La fibra o tejido electrocrómico de la reivindicación 2, en el que la fibra flexible conductora de la electricidad, comprende espandex, nailon, o una combinación que comprende al menos uno de los anteriores.

4. La fibra o tejido electrocrómico de las reivindicaciones 1-3, en el que el material electrocrómico es un óxido de metal de transición o un polímero conjugado.

5. Un dispositivo electrocrómico (70) , que comprende:

al menos dos electrodos (72, 74) ; un electrolito (82, 84) colocado entre los electrodos; una fuente de potencial (90) en conexión eléctrica con al menos dos electrodos, en el que al menos uno de los electrodos comprende una o más de una fibra o tejido electrocrómico, que comprende:

una fibra flexible conductora de la electricidad (78) , y una capa que comprende un material electrocrómico (78) colocado sobre y rodeando la fibra flexible conductora de la electricidad para formar una fibra electrocrómica, en la que la fibra electrocrómica se reviste con el electrolito formando una capa de electrolito.

6. El dispositivo electrocrómico de la reivindicación 5, en el que los electrodos comprenden una o más fibras o tejido flexibles, no electrocrómicos, conductores de la electricidad, .

7. El dispositivo electrocrómico de cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que un primer electrodo comprende una primera fibra electrocrómica, y un segundo electrodo comprende una segunda fibra electrocrómica, en el que la primera y la segunda fibras se dirigen independientemente de forma electrónica.

8. El dispositivo electrocrómico de la reivindicación 6, en el que el tejido electrocrómico comprende espandex o nailon, y un material conductor de la electricidad que comprende poli (vinilpiridina) o en el que la fibra electrocrómica comprende una fibra no conductora revestida con PEDOT-PSS, poli (tiofeno) , poli (pirrol) , poli (anilina) , poli (acetileno) , poli (p-fenilenvinileno) , o poliestirenosulfonato de politien (3, 4-b) tiofeno sulfonado.

9. El dispositivo electrocrómico de cualquiera de las reivindicaciones 5-8, en el que el dispositivo es elástico.

10. El dispositivo electrocrómico de cualquiera de las reivindicaciones 5-9, en el que el electrolito es un electrolito de gel que comprende una sal de electrolito.

11. Un método para formar una fibra (50) o tejido (60) flexible electrocrómico, que comprende:

colocar un material electrocrómico sobre una superficie de una fibra (52) o tejido (60) conductor de la electricidad para formar una capa electrocrómica (54) sobre la superficie de la fibra o tejido conductor de la electricidad, en el que la colocación del material electrocrómico comprende colocar un precursor electrocrómico, y polimerizar el precursor electrocrómico para formar una capa electrocrómica de polímero sobre la superficie de la fibra o tejido conductor de la electricidad; y colocar una mezcla que comprende un precursor de gel y un electrolito sobre la capa electrocrómica de polímero para formar una capa de electrolitos, y polimerizar el precursor de gel para formar la fibra o tejido flexible electrocrómico.

12. El método de la reivindicación 11, en el que la fibra o tejido conductor de la electricidad comprende una fibra o tejido de polímero orgánico no conductor de la electricidad natural o sintético que se vuelve conductor de la electricidad por tratamiento con un material conductor.

13. El método de la reivindicación 12, en el que la fibra o tejido no conductor de la electricidad comprende espandex, nailon, o una combinación que comprende al menos uno de los anteriores.

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