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多彩柔性电致变色器件的制备与研究

徐开轩  
【摘要】:随着智能电子显示材料的迅速发展,单一功能的设备已经不能满足人们的应用需求,集成多功能的能量存储和转换设备在智能和交互模式中融入了新颖的特性和功能,成为产业界和学术界关注的热点。电致变色作为智能领域的一个重要技术正逐渐受到人们的重视,它能够根据外界电压可逆地发生颜色的变化,而颜色是人们对物体最直观的视觉感受。将不同功能的传感器与电致变色进行集成就能将外部环境或人自身状态变化反馈给人,而柔性电致变色器件在智能可穿戴以及变色伪装方面有巨大的应用潜力。但如何选择合适的电致变色材料和电解质,调控器件的工艺条件,是制备大面积柔性电致变色器件需要解决的问题。本论文以聚(3-己基噻吩)(P3HT)和聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)薄膜为主要研究对象,制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/离子液体(ILs)和聚偏氟乙烯(PVDF)/1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)复合凝胶态电解质,用热压法将变色层和电解质组装成柔性电致变色器件,并对器件的变色性能进行改善。主要研究内容如下:以PVDF为聚合物基体,1 mol/L的的高氯酸锂/碳酸丙烯酯(LiClO_4/PC)为液态电解质,添加不同含量的ILs,制备了PVDF/ILs复合凝胶态电解质。研究发现,50%ILs的比例的复合凝胶态电解质性能最佳,离子电导率为7.48×10~-33 S/cm,在525 nm下具有近90%的高透过率。在室温下放置14天后离子电导率仅下降了20%。与旋涂法制备的P3HT薄膜组装成柔性电致变色器件,器件的光调制范围为20%、着色时间为5 s,褪色时间为12 s。着色效率高达361.0cm~2/C。该器件表现出良好的电致变色性能。为了解决PVDF/ILs复合电解质与柔性基底接触不好的问题,制备了与柔性基底贴合更好的PVDF/NMP复合凝胶电解质,研究发现,离子电导率σ为2.46×10~-33 S/cm,300–800 nm紫外-可见区域具有较高的透过率,大致在80%以上。以P3HT喷涂制备的大面积薄膜和PVDF/NMP复合凝胶电解质组装的器件具有良好的电致变色性能,光调制范围为17%,着色时间为42 s,褪色时间为10 s,着色效率为302.6 cm~2/C,具有不错的循环寿命,对近红外光有一定阻隔作用,能在断电后保持一定时间的颜色并在弯折状态下也具有较好的变色性能。使用丝网印刷法制备了大面积的PEDOT薄膜作为电致变色层,并沿用PVDF/NMP复合凝胶电解质一起组装成大面积柔性电致变色器件。探究了不同丝网印刷PEDOT的层数对器件电致变色性能的影响。研究发现,丝网印刷2层PEDOT的薄膜具有不错的致密性和高的初始透过率(在645 nm下具有70%)。其组装的器件具有高的光调制范围(△T为31%),较好的响应时间(着色时间为34 s,褪色时间为22 s),高着色效率(CE=702.4 cm~2/C)和一定的循环稳定性,能在断电后保持一定时间的颜色并在弯折状态也具有较好的变色性能。


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