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导电聚合物电致变色器件

陈丽娴  
【摘要】: 电致变色(eletrochromism)是指物质在电化学作用下发生氧化还原反应,引起颜色变化的现象。用电致变色材料组装成的器件在建筑、汽车、平板显示、信息存储等领域有着广阔的应用前景。其中,导电聚合物作为电致变色材料具有制备工艺简易(化学法或电化学法)、颜色变化的对比度高、组装成的器件工作电压低、响应速度快、可通过“嫁接”或“裁减”的方法设计分子结构来满足某一所需要的颜色等诸多优点。 本文采用导电聚合物{聚苯胺(PANI)、聚3-甲基噻吩(P3MeT)}作为电致变色材料,围绕着构筑新型的电致变色器件(ECD)和制备性能优良的ECD展开工作,主要进行了以下几方面的研究工作: 1)化学法合成PANI,旋涂法制备PANI薄膜,表征薄膜形貌;电化学法制备P3MeT薄膜,表征薄膜形貌;研究电解质的组成对PANI薄膜电致变色性能的影响。制备可用于PANI及P3MeT变色的固态聚合物电解质。 2)组装垂直结构的固态PANI电致变色器件,优化器件的电致变色性能。 3)组装侧面结构的固态PANI-ECD和P3MeT-ECD,研究侧面结构器件的电致变色性能。 4)在同一块ITO上,采用滴涂法制得PANI薄膜,用电化学法制得P3MeT薄膜,组装侧面结构的固态PANI-P3MeT-ECD,并改善器件结构。 研究取得以下主要结果: 1)通过比较PANI在含有质子的0.1 mol L~(-1) LiClO_4+0.01 mol L~(-1) HClO_4的乙腈电解质和不含有质子的0.1 mol L~(-1) LiClO_4的乙腈电解质的电致变色性能,结果表明了PANI的电致变色性能在含有质子的电解质中比不含有质子电解质稳定。 2)以PANI为电致变色层,用聚合物电解质(PE:PMMA-PC-EC-LiClO_4或PE:PMMA-LiClO_4-PC-EC-HClO_4)构筑的简易的垂直结构ECD(ITO|PANI||PE||ITO),含有质子聚合物电解质的器件性能略优于不含有质子的器件,但简易的垂直结构的PANI-ECD循环稳定性不理想。引入CeO_2-TiO_2复合薄膜代替ITO作为该器件的对电极,优化器件结构,组装出了新型的固态PANI-ECD。并且通过CeO_2-TiO_2复合物薄膜制备工艺的优化,得到垂直结构的固态PANI-ECD(ITO|PANI||PE||CeO_2-TiO_2|ITO)具有较好的电致变色性能。该器件颜色呈现透明黄色(-1.5 V,PANI vs.CeO_2-TiO_2)到蓝色(1.0 V)的可逆变化,700 nm处的透射率由42.19%到13.35%变化,经过150个循环其透射率差仍保持不变,着色效率为152.1 cm~2 C~(-1)。 3)以PANI为电致变色层,用聚合物电解质(PE:PMMA-LiClO_4-PC-EC-HClO_4)构筑了侧面结构固态PANI-ECD。控制偏压+0.6 V和-0.6 V之间变化,侧面结构PANI-ECD显示出了墨绿色和黄绿色之间的可逆变化。 4)以P3MeT为电致变色层,用聚合物电解质(PE:PMMA-LiClO_4-PC-EC-HClO_4)构筑了侧面结构固态P3MeT-ECD。控制偏压+1.6 V和-1.0 V之间变化,侧面结构P3MeT-ECD显示出了红色和蓝色之间的可逆变化。 5)同时采用P3MeT和PANI作为电致变色材料组装成的侧面结构固态P3MeT-PANI-ECD可以实现红、蓝、墨绿、草绿多色变化,并用激光雕刻微型化P3MeT-PANI变色层组装制得的侧面结构固态P3MeT-PANI-ECD也可实现红、蓝、墨绿、草绿多色变化。优化器件结构,用CeO_2-TiO_2复合物薄膜作为P3MeT-PANI对电极的垂直结构固态P3MeT-PANI-ECD可达到红、蓝、墨绿、草绿多色变化同时,也可进行四色自由搭配。


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