近年来,基于电调光变色材料的器件——电调光变色器件,因其巨大的应用价值而受到人们的广泛关注,部分相关器件,如智能窗,防炫后视镜等,甚至已投入生产和应用。自1953年电调光变色现象被发现以来,三氧化钨(WO3)、普鲁士蓝(PB)等无机电调光变色材料以及聚合物等有机变色材料一直是一个研究热点。从材料性能上看,无机电调光变色材料大多具有良好的热稳定性和抗辐射性,而有机电调光变色材料则更容易实现丰富的颜色和快速响应,其中以聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)为代表的导电聚合物,具有高导电性、稳定性好、对比度高等特点,在电调光变色领域颇受青睐。目前关于电调光变色的研究大多集中于新型变色材料的合成和材料改性方面。在众多电调光变色器件中,“智能窗”和显示器件是两大核心,而器件的工作电压及对比度是决定这两类器件应用前景的关键参数,因此具有很大的研究价值。然而,关于电调光变色器件工作电压调控,以及从器件结构设计与优化方面提高器件性能的研究少有报道。本论文主要针对这两个方面进行了研究,通过器件设计与优化实现了基于PEDOT:PSS的电调光变色器件在包括工作电压、对比度等性能的提升,并开发了一种新型器件结构,主要工作如下:(1)常见电调光变色材料WO3、PB和PEDOT:PSS的性能对比与选择本论文分别制备了基于WO3、PB和PEDOT:PSS的典型电调光变色器件。器件光学对比度都高于60%,基于WO3和PEDOT:PSS的器件响应相对较快(<10 s),而基于PB的器件响应较慢(>40s)。此外,WO3采用真空磁控溅射工艺沉积,成本相对较高,而PB和PEDOT:PSS采用溶液工艺(线棒涂布、丝网印刷),成本较低。从器件响应速度、工艺成本等多角度考虑,本论文优选了 PEDOT:PSS作为下一步的研究对象。(2)通过器件结构设计与电极材料调控器件性能,尤其是对工作电压和响应时间的调控基于PEDOT:PSS分别制备了具有四层(透明导电上电极、电调光变色层、电解质、导电下电极)与五层(添加了离子存储层)垂直结构的两个系列的显示器件。此外,本论文研究了几种不同下电极(如ITO、Ag、Ti、C、Ni、Au)材料对于器件工作电压和响应时间的调控。研究表明:A,五层结构中,离子存储层的引入可以有效地降低器件工作时的驱动电压和响应时间;B,下电极材料对于器件工作电压、响应时间等具有明显的调控作用。以上几种电极材料可以使器件的着色、褪色工作电压分别在-0.74～-1.35 V和0.31～0.69 V之间进行调控。此外,使用Ti电极的器件响应时间可低至0.75 s。(3)新型高对比度“三电极”电调光变色器件的研制本论文在传统五层垂直结构的基础上实现了创新,引入“牺牲电极”制备了新型“三电极”(对电极、工作电极、牺牲电极)的电调光变色器件,有效地解决了透射型器件中离子存储层和电调光变色层不能为着色相同的同一极性的变色材料的问题,且器件有更高的对比度。基于PEDOT:PSS的“三电极”电调光变色器件着色态透过率可低至2.7%,对比度高达58.2%。