Электрохромный индикатор

Сафа Сфветсанк Сфцюаект иена на Распубаик(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 16.05.78 (21) 2609551/18-25 с присоединением заявки Йф 51)М, Кп,С 02 Г 1/17 Гасударственный квинтет СССР нв девам нзобретеннй н открытнйДата опубликования описания 300;,81 А.В. Самохин, Б.Г, Беккер и А.Н. Давыдов(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 этихустройствах используются электрохромные материалы,известен электрохромный индикатор 1 Осодержащий первую подложку, прозрач"ный электрод, электрохромный слой,окись вольфрама (ЯО), ионопроницаемый сепаратор - слой материала, обладающего способностью проводить ионыи задерживать электроны, электрокаталитический слой, пористый слой,второй электрод и защитный алой, выполняющий функции второй подложки 1),В исходном состоянии электрохромный слой прозрачен, при подаче управ Оляющего напряжения с полярностью та. кой, чтобы была обеспечена возможвость инжектирования электронов вэлектрохромный слой со стороны электрода и обеспечено поступление положительных ионов со стороны электрокаталитического слоя, в электрохромном слое образуются соединенйя типавольфрамовой бронзы, имеющие центрыокраащвания, которые связаны с элект ЗО ронами, локализованными на ионахвольфрама. Электрохромный слой приобретает достаточно интенсивную синюю окраску, которая сохраняется ипри снятии управляющего напряжения.При смене полярности управляющегонапряжения электроны зкстрагируютсяиз электрохромного слоя, поступление электронов со стороны электрокаталитического слоя невозможно изза наличия слоя, непроницаемого дляэлектродов, и слой электрохромногоматериала обесцвечивается. Процессыокращивания и обесцвечивания обратиЬЫ е Недостатками известного индикатора являются невысокое быстродействиеи малый срок службы, ограниченныйналичием необратимых химических превращений в электрокаталитическомслое.Наиболее близкий к предлагаемомуэлектрохромный индикатор, содержащийпервую подложку, прозрачный электрод,слой электрохромного материала, сепаратор - пористый слой, заполненныйэлектролитом и обладакщий ионнойпроводимостью противоэлектрод и вторую подложку 2;1,Недостатком этого индикатора является малая долговечность и надежность, обусловленная наличием необратимых химических процессов в электролите, разрушении противоэлектрода, герметизирующей прокладки и самого электрохромного слоя.5 Цель изобретения - повышение долго. вечности 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 торе 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 противоэлектроде ЗО необратимых электрохимических реакций и миграций химически активных веществ в объеме индикатора обеспечивает сохраняемость индикатора и на 2-3 порядка увеличивает число циклон окрашивание-обесцвечивание".П35На чертеже изображен индикатор, разрез.Индикатор представляет собой ячейку, включающую стеклянные подложки 1 и 2 и слой герметизирующего состава 4 О 3, например эпоксидной смолы, наполненной нитридом бора. На подложку 1 нанесен прозрачный электрод 4, например из двуокиси олова,и слой 5 окиси вольфрама, полученный, напри мер, испарением в вакууме.К злектрохромному слою 5 прилегает сепаратор б, выполненный в виде ионообменной мембраны, например мембрана типа МФСК. 6Перед 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(10-12 вес.Ъ), хлоранилом (0,05- 0,1 вес.Ъ) и бура-янтарнокислой бу ферной смесью (5-7 вес.В), влагосодержание компаунда - 10 ф 2 вес.%,К слою 7 примыкает противоэлектрод 8, выполненный, например, из вакуумно-напыпенной пленки палладия, б 5 При сборкеиндикатора 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 (междуэлектродами 4 и 8) импульса напряжения 1-3 В и длительностью 0,1-0,4 стакой полярности, что ток направленот противоэлектрода к прозрачномуэлектроду, в структуре индикаторапротекают различные процессы,На границах раздела противоэлектрод-компаунд и графитовая частичкакомпаунд прохождение тока обусловлено электрохимической реакцией:АН - В + Нвгде А - радикал, смолы ЭО-.7;В - окисленная форма смолы ЭО.В объемах сепаратора б и компаунда 7 под действием электрического поля свободные ионы водорода, находящиеся в равновесии+переносятся к электрохромному слою 5и инжектируются в него, Одновременноиз прозрачного электрода 4 в электрохромный слой инжектируется эквивалентное количество электронов. Электрохромный слой, представляющий собойпленку окиси вольфрама (ИО ) до подаЪчи напряжения является прозрачным.При прохождении тока и инжекции в него протонов и электронов в слое возникают "центры окрашивания", появление которых связывают Ь образованиемвольфрамовой бронзы (Н ИО ), В Результате электрохромный слой приобретает синий цвет на фоне белого сепаратора б. Поскольку электрохромный слой на основе окиси вольфрамаимеет два стабильных состояния - вформе прозрачной в видимом светеокиси вольфрама и в Форме окрашеннойв синий цвет вольфрамовой бронзы, топосле снятия напряжения областьэлектрохромной пленки, лежащей напрозрачном электроде, остается окрашенной.Для обесцвечивания окрашеннойлектрохромной пленки на индикаторюдают импульс напряжения обратной1 олярности. При этом электроны экстрагируются в прозрачный электрод,а протоны - в слой мембраны и слойобесцвечивается. Протоны в слоях би 7 переносятся электрическим полемк противоэлектроду, а на окислительно-восстанонительном электроде (7,8) протекает электрохимическая реакцияВ+ Нф +Е - АН,возвращая индикатор в исходное состояние и исключая протекание побочных необратимых реакций, за счет851320 Формула изобретения Составитель В. Цветков ор Е. Спиридонова Техред М. Табакович Корректор Г. Решете Тираж 539 ВНИИПИ Государств по делам изобре 13035, Москвар Ж 35е Р Подпис нного комитета С ений и открытий Раушская наб 6348 6 к д. 4/5 флиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 которых ресурс индикатора быстро исчерпывается.Электрохромные ячейки, выполненные согласно предлагаемому изобрете- нию, выдерживали 107 циклов "окрашивание-обесцвечивание" без заметногО ухудшения контраста при напряжении 2 В 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения долговечности и надежности, между противоэлектродом исепаратором введен слой обратимойокислнтельно-восстановительной сис темы, содержащей источник катионов,одноименных с катионами, находящимисяв электролите.2. Индикатор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что сепараторо выполнен в виде ионообменной мембраныв протонированной форме.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США, М 3840288,кл. 350-160, опублик. 1974,15 2, Патент США Р 3.944.333,кл. 350-100, опублик. 1976 (прототип),