材料在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生光學(xué)性質(zhì)(透過率、反射率、吸收率等)的可逆變化的現(xiàn)象稱為電致變色現(xiàn)象,電致變色材料在智能窗、柔性光學(xué)顯示器、汽車防炫目后視鏡等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。電致變色材料在紅外波段的電致變色現(xiàn)象又稱為電致變發(fā)射率,電致變色在紅外波段的應(yīng)用開拓了軍事紅外隱身、航天器智能熱控研究的新領(lǐng)域。相比于WO3等其他無機(jī)電致變色材料而言,導(dǎo)電高分子聚苯胺(PANI)具有成本低廉、合成簡(jiǎn)單、柔性質(zhì)輕、響應(yīng)速度快、紅外調(diào)控高等優(yōu)點(diǎn),成為研究最廣泛的一種有機(jī)電致變發(fā)射率材料。本文采用電化學(xué)恒電流法聚合了硫酸和十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺薄膜以及聚鄰甲苯胺-聚苯胺雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜。采用掃描電子顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜、拉曼光譜、電化學(xué)工作站等手段對(duì)制備的薄膜進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)表征及性能研究。詳細(xì)研究了聚合單體濃度、聚合電流、聚合時(shí)間等制備工藝參數(shù)對(duì)聚合曲線、薄膜的循環(huán)伏安特性、紅外透過率和紅外發(fā)射率性能的影響,建立了聚苯胺薄膜電導(dǎo)率、紅外透過率和發(fā)射率之間的關(guān)系。對(duì)質(zhì)子酸摻雜聚苯胺薄膜的研究結(jié)果表明,硫酸和十二烷基苯磺酸兩種不同酸摻雜的聚苯胺薄膜的性質(zhì)存在很大差異。硫酸摻雜的聚苯胺薄膜更致密均勻,十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺薄膜表層更疏松、表面較粗糙。硫酸摻雜的聚苯胺的發(fā)射率調(diào)制幅度較低,聚合時(shí)間4000 s的硫酸摻雜的聚苯胺薄膜發(fā)射率變化最大,最大為0.051。十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺薄膜發(fā)射率變化最大的制備條件為:苯胺單體濃度0.03 mol/L、聚合電流0.4 m A、聚合時(shí)間1000 s。最大發(fā)射率調(diào)制幅度為0.261,循環(huán)100次后發(fā)射率變化幅度衰減24.5%,響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)。對(duì)聚苯胺-聚鄰甲苯胺雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的研究結(jié)果表明,其性質(zhì)于單層薄膜不同,微觀形貌為表面帶有縫隙的溝壑狀,表面更加粗糙。當(dāng)?shù)讓泳坂徏妆桨纺泳酆?000 s,頂層聚苯胺膜層聚合1500 s時(shí),得到的雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜發(fā)射率變化最大,最大發(fā)射率調(diào)制為0.394。雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜循環(huán)性能與十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺單層結(jié)構(gòu)薄膜相比,循環(huán)穩(wěn)定性能相近,100次循環(huán)后發(fā)射率調(diào)制衰減24.1%,響應(yīng)時(shí)間較十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺單層結(jié)構(gòu)薄膜慢一倍左右。通過對(duì)在ITO基底上不同厚度的十二烷基苯磺酸摻雜聚苯胺薄膜電導(dǎo)率、紅外透過率和發(fā)射率的研究,分析了ITO/PANI發(fā)射率調(diào)制的機(jī)理。當(dāng)聚苯胺薄膜較薄時(shí),ITO/PANI的紅外反射率由紅外高反射的ITO基底決定,不同狀態(tài)下的聚苯胺薄膜電導(dǎo)率的變化影響聚苯胺膜層的紅外透過,進(jìn)而改變ITO對(duì)ITO/PANI的反射作用,而ITO/PANI紅外反射的變化決定了其發(fā)射率的調(diào)制。當(dāng)聚苯胺薄膜達(dá)到一定厚度時(shí),聚苯胺膜層的紅外透過顯著降低,大幅降低了ITO基底對(duì)ITO/PANI的反射作用,此時(shí)聚苯胺膜層的反射對(duì)ITO/PANI的影響超過ITO基底反射的影響,而不同狀態(tài)下的聚苯胺薄膜電導(dǎo)率的變化影響其紅外反射,進(jìn)而決定了ITO/PANI發(fā)射率的調(diào)制。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2;O633.21
【部分圖文】：

圖 1-1 電致變色的應(yīng)用領(lǐng)域總體來說，電致變色材料按照結(jié)構(gòu)來源將其分為無機(jī)電致變色材料和有變色材料兩大類。無機(jī)電致變色材料的變色性能穩(wěn)定，其變色機(jī)理來自電子的注入和抽出。有機(jī)電致變色材料具有色彩豐富，易進(jìn)行分子設(shè)點(diǎn),其變色是由于可逆的氧化還原反應(yīng)而引起的。下面對(duì)無機(jī)和有機(jī)這兩材料分別予以介紹。2.1 無機(jī)電致變色材料無機(jī)電致變色材料大多數(shù)是由過渡金屬氧化物及其衍生物組成的[16]。無變色材料具有顏色對(duì)比度高，循環(huán)穩(wěn)定性好，附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；但也存在化單一，成本較高不易加工成型等缺點(diǎn)。無機(jī)電致變色材料由于具備不穩(wěn)子層結(jié)構(gòu)，過渡金屬氧化物當(dāng)中的金屬離子在外在影響下，發(fā)生可逆的價(jià)，形成離子的混合價(jià)態(tài)共存狀態(tài)。隨著離子價(jià)態(tài)及其濃度變化的同時(shí)，顏之發(fā)生變化。無機(jī)電致變色材料按照施加電壓可分為陽(yáng)極和陰極兩種變

色材料材料具有無機(jī)變色材料所不具備的一些優(yōu)豐富，方便分子設(shè)計(jì)以便優(yōu)化性能，材料電致變色材料相比較，有機(jī)電致變色材料，與基底結(jié)合不牢等[22-25]。ens)[26]是氧化-還原型有機(jī)電致變色材料的,4’-聯(lián)吡啶。像這類化合物分子包括一定長(zhǎng)分。紫羅精存在三種氧化還原態(tài)，包括無帶有非定域正電荷的單價(jià)陽(yáng)離子，當(dāng)電子得到一個(gè)電子時(shí)就變成另一種無色的還性能，分子軌道能級(jí)的改變以及電荷在分子效調(diào)節(jié)。

征態(tài)導(dǎo)電聚合物是不導(dǎo)電的。導(dǎo)電聚合物可被氧化或還原，伴隨其，對(duì)離子嵌入聚合物主鏈以中和電荷，經(jīng)此“摻雜”后聚合物就使得導(dǎo)電性。陽(yáng)離子摻雜對(duì)應(yīng)為 P 型摻雜，陰離子摻雜對(duì)應(yīng)為 N 型摻物經(jīng)摻雜后的電導(dǎo)率大概在 10-6-105S/cm 之間，導(dǎo)電良好的聚合物金屬導(dǎo)體級(jí)別。材料顏色的變化主要是由摻雜劑種類和濃度決定物經(jīng)摻雜后，聚合物中即引入極化子和雙極化子等載流子，摻雜濃同時(shí)，導(dǎo)帶和價(jià)帶能隙中便產(chǎn)生了極化子和雙極化子能級(jí)，價(jià)帶電躍遷，光譜隨之發(fā)生變化。在外加電壓作用下，可改變聚合物的摻響禁帶寬度，導(dǎo)致價(jià)電子在不同能級(jí)的躍遷，出現(xiàn)光譜吸收，宏觀的變化，這就是導(dǎo)電聚合物的電致變色原理。能變色的導(dǎo)電聚合物結(jié)構(gòu)的高分子材料，主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。苯胺苯胺（PANI）是最早的導(dǎo)電聚合物類的有機(jī)電致變色材料之一。聚低廉，響應(yīng)時(shí)間短，循環(huán)次數(shù)高，光學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，使其成為段范圍內(nèi)極具前途的電致變色材料。圖 1-3 是聚苯胺分子鏈的結(jié)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2818480