基于界面共价键联接的聚苯胺、碳纳米复合电致变色材料制备研究

摘要

现代建筑中玻璃幕墙占建筑外墙面积的比例越来越大，在提升了建筑美观性的同时，因供暖和空调所消耗的能量也越来越多。电致变色器件可根据季节和光照的不同，调节进入室内的光线及热量，降低供暖和空调的能耗。聚苯胺具有高的对比度和快的响应速度等特性，是一类具有应用前景的电致变色材料。与无机电致变色材料相比，其工作稳定性较低，我们拟将聚苯胺与碳纳米材料进行复合，制备具有界面共价键联接的聚苯胺/碳纳米复合电致变色材料来提高其性能。同时我们研究了喷涂技术在构建电致变色薄膜中的尝试，为其应用奠定了实验基础。
　　本研究首先将不同维数的碳纳米材料(碳纳米管和石墨烯)进行功能化，然后将功能化的碳纳米材料与聚苯胺进行复合，制备了具有界面共价键联接的聚苯胺/碳纳米复合电致变色材料。通过SEM、TEM、TGA、FTIR、Raman等测试手段表征材料的结构和形貌，采用循环伏安测试、交流阻抗分析、对比度测试、响应速度测试等研究了电致变色材料的电化学和电致变色性能。最后应用喷涂技术，研究了喷涂距离与气体压强等喷涂参数对电致变色薄膜的影响，测试了由喷涂法制备的聚苯胺薄膜的电致变色性能。具体实验结果如下：
　　(1)首先利用改良的Hummers法制备氧化石墨烯，然后用对苯二胺将氧化石墨烯进行功能化，最后将功能化的氧化石墨烯与聚苯胺复合，成功制备了聚苯胺/氧化石墨烯复合电致变色材料。实验测试表明，氧化石墨烯呈片状结构、均匀的分布在复合材料中。相比于聚苯胺，各复合材料的热稳定有不同程度的增强，对比度增大，最高对比度提高了23%，着褪色时间变短，电荷转移电阻Rct减小。随着氧化石墨烯量的增加，复合材料的电致变色性能先提高后降低，当氧化石墨烯的掺杂量达到3%时，复合材料的电致变色性能最好。
　　(2)利用混酸将碳纳米管酸化，然后利用相同的原理用对苯二胺将酸化后的碳纳米管进行功能化，最后聚苯胺与功能化的碳纳米管进行复合，制备得到聚苯胺/碳纳米管复合电致变色材料。实验结果表明，碳纳米管嵌入或包覆在聚苯胺中。复合材料的热稳定性增强，最高对比度提高了12%，响应时间变短。随着碳纳米管含量的增加，复合材料的电致变色性能更好。
　　(3)研究了喷涂工艺对电致变色薄膜的影响，确定了喷涂成膜时的最优喷涂距离和压强，对不同距离和压强下制得的薄膜进行扫描电镜分析和膜厚测量。结果显示，当喷涂距离为30cm、压强为0.2MPa时，聚苯胺在ITO导电玻璃上成膜最均匀。在此喷涂参数下分别进行了不同喷涂次数和不同喷涂面积的实验。结果显示，喷涂次数越多膜越厚，但次数与膜厚并不成线性比例；喷涂面积越大，膜厚度越薄，膜的均匀性越差。

目录

声明

1 绪论

1 .1引言

1 .2电致变色材料的简介

1.3聚苯胺

1 .4碳纳米材料

1.5研究思路以及研究内容

2 实验材料与表征手段

2 .1实验仪器和药品

2 .2苯胺提纯和水性聚苯胺制备

2 .3实验材料的制备

2 .4样品表征测试

3 聚苯胺/氧化石墨烯复合电致变色材料制备研究

3 .1引言

3 .2聚苯胺/氧化石墨烯复合电致变色材料的制备

3 .3结果与讨论

3 .4本章小结

4 聚苯胺/碳纳米管复合电致变色材料制备研究

4.1 引言

4 .2聚苯胺/碳纳米管复合电致变色材料的制备

4 .3结果与讨论

4 .4本章小结

5 聚苯胺的喷涂

5 .1引言

5 .2喷涂过程

5.3结果与讨论

5 .4本章小结

6 结论与展望

6 .1结论

6 .2展望

致谢

参考文献

附录