水溶性导电聚苯胺复合物电致变色膜的制备及其性能研究

摘要

电致变色是指电致变色材料在电场作用下，材料的颜色会随着其氧化态和还原态之间的相互转化而发生可逆改变的一种现象。在外观上则表现为使材料的透射与反射特性及其颜色发生可逆改变。电致变色材料根据其电化学反应的方式可分为阳极着色和阴极着色两类。电致变色材料作为一种很有应用前景的新型功能材料，在大型显示、光开关、电致变色存储器件、建筑窗玻璃及其灵巧窗上都有广泛的应用前景。初期，人们集中研究无机电致变色材料或小分子有机电致变色材料，这些材料在加工性，兼容性，显示性方面都存在不足。近年来，电致变色的研究转向研发电致变色聚合物薄膜，这个领域的新进展是合成对比性高、着色效率快的新型电致变色聚合物。 本文以磺化聚(苯乙烯—丙烯酸)(SPSA)为模板，采用过硫酸铵氧化聚合合成水溶性导电聚苯胺复合物(PANI—SPSA)，并在导电玻璃(ITO/Glass)上采用刷涂法制备电致变色膜。研究了不同SPSA对PANI稳定性和成膜性的影响。用循环伏安法、恒电势法和UV-Vis分光光度计对薄膜的电化学性能、响应时间、开路记忆时间、可见光透过率等进行了测试。 实验表明：制备的水溶性导电聚苯胺复合物溶液在室温下能长期稳定存放，碱性条件下不易脱掺杂；此复合膜组装的电致变色器件在较低电压下1V，无需固体电解质能显示浅黄—绿—蓝三种颜色。薄膜响应时间短，大约1s，开路记忆时间约4小时。表现出优良的电化学性能及其光学性能。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1前言

1.1.1热致变色(Thermochromism)

1.1.2光致变色(Photochromism)

1.1.3电致变色(Electrochromic)

1.1.4电、光与热致变色的比较

1.2电致变色材料的研究应用概况

1.3电致变色材料的分类

1.3.1有机电致变色材料

1.3.2无机电致变色材料

1.4电致变色机制

1.4.1有机电致变色机制

1.4.2无机电致变色机制

1.5无机电致变色薄膜制备方法与特性

1.6有机电致变色薄膜制备方法与特性

1.6.1真空蒸镀法

1.6.2.电化学方法

1.6.3.普通化学方法

1.6.4.分子自组装薄膜

1.7可溶性PANI的研究状况

1.7.1可溶于有机溶剂的聚苯胺合成方法

1.7.2水溶性聚苯胺的合成方法

1.7.3 PANI的模板诱导合成

1.8本课题选题意义和思路

第二章水溶性PANI复合物的合成及表征

2.1概述

2.2磺化聚(苯乙烯-丙烯酸)模板的制备

2.2.1实验仪器及试剂

2.2.2二元共聚物的制备

2.2.3二元共聚物的磺化

2.3水溶性导电聚苯胺-磺化聚(苯乙烯-丙烯酸)(PANI/SPSA)的制备

2.3.1实验仪器及试剂

2.3.2复合物的制备

2.4结果与讨论

2.4.1 BPO的用量对聚合物特性粘数的影响

2.4.2硫酸/共聚物液固比对磺化度的影响

2.4.3催化剂对磺化度的影响

2.4.4催化剂用量对磺化度的影响

2.4.5反应温度和时间对磺化度的影响

2.4.6收率和磺化度

2.4.7红外谱图分析

2.4.8模板的作用

2.4.9不同比例模板对PANI溶解性的影响

2.4.10 pH值的影响

2.4.11复合物的水溶性及稳定性

2.4.12复合物红外光谱分析

2.4.13核磁分析

2.4.14透射电镜分析

2.4.15紫外光谱分析

2.4.16 X-射线衍射分析

2.4.17电导率测试

2.5小结

第三章聚苯胺复合物薄膜及电致变色器件的制作

3.1概述

3.2实验部分

3.2.1试剂及实验仪器

3.2.2 PANI/SPSA复合物薄膜的制备

3.2.3 Li化PANI/SPSA复合物薄膜的制备

3.2.4 TiO2薄膜的制备

3.3结果与讨论

3.3.1 PANI/SPSA复合物薄膜循环伏安测试测试

3.3.2 PANI复合物薄膜循扫描电镜图片

3.4光学性能测试

3.4.1 PANI复合物薄膜的透过率测试

3.4.2 PANI复合物薄膜的开路记忆测试

3.4.3薄膜的着色效率

3.4.4薄膜的响应时间

3.4.5 Li化PANI复合物薄膜的电学性能测试

3.5电致变色器件的组装与设计

3.6小结

第四章结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

附录 硕士期间发表论文情况

致谢