噻吩類導(dǎo)電聚合物的制備、電色性質(zhì)及其電致變色器件的研制.pdf

1、電致變色(Electrochromism簡寫EC)現(xiàn)象是指材料在外加電場(chǎng)或電流作用下,其光吸收或光散射特性發(fā)生穩(wěn)定的可逆變化的現(xiàn)象,在外觀性能上則表現(xiàn)為顏色及透明度的可逆變化。電致變色材料被認(rèn)為是目前最有應(yīng)用前景的智能材料之一,開發(fā)具有優(yōu)良性能的電致變色材料并制作成電致變色器件應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)生活是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。 自從20世紀(jì)70年代末成功合成導(dǎo)電聚乙炔以來,導(dǎo)電聚合物因其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能而成為材料科學(xué)的研究熱

2、點(diǎn),并為電致變色效應(yīng)的研究提供了新的電色材料。聚噻吩及其衍生物作為一類重要的電致變色材料具有環(huán)境熱穩(wěn)定性好,電導(dǎo)率高,易于制備等特點(diǎn),因此用途更為廣泛。通常導(dǎo)電聚合物是在有機(jī)溶劑中通過電化學(xué)或化學(xué)方法制備得到的。 離子液體由于具有獨(dú)特、優(yōu)異的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),近二十年來得到了廣泛的應(yīng)用。作為一類新型的“綠色溶劑”,離子液體與傳統(tǒng)溶劑相比,具有蒸氣壓低、不易揮發(fā)、可循環(huán)利用、酸堿性可調(diào)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等良好性能,還

3、是理想的電化學(xué)介質(zhì)材料,能溶解很多有機(jī)物、無機(jī)物；同時(shí)離子液體具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性能和寬廣的電位窗口(大于4V),因此,離子液體可望用作電化學(xué)聚合的良好介質(zhì)。 本論文在“綠色溶劑”離子液體中制備并表征了不同的聚噻吩類衍生物電致變色薄膜,探討了電致變色的機(jī)理,并且將聚噻吩類衍生物與金屬氧化物納米材料復(fù)合,改善了材料的性能。進(jìn)一步將各類電致變色膜組裝成為相應(yīng)的電致變色器件。主要通過紫外可見光譜、計(jì)時(shí)電流、計(jì)時(shí)庫侖以及計(jì)時(shí)吸收曲線等方法檢

4、測(cè)電致變色膜和器件的光譜電化學(xué)和電致變色性能。結(jié)果表明,制得的各電致變色膜和器件具有明顯的顏色變化,較短的響應(yīng)時(shí)間和理想的電致變色穩(wěn)定性,在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在的廣闊前景。 第一章 本章對(duì)電致變色現(xiàn)象、電致變色材料和電致變色器件研究領(lǐng)域的原理和發(fā)展情況作了詳細(xì)的介紹和闡述。 第二章 本章以室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)為溶劑及支持電解質(zhì),通過電化學(xué)方法制備聚(3-己基噻吩)(PHe

5、xT)膜。采用掃描電子顯微鏡(SEM),紅外光譜(FT-IR)對(duì)膜的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。同時(shí)通過紫外可見光譜、計(jì)時(shí)電流、計(jì)時(shí)庫侖以及計(jì)時(shí)吸收曲線等方法研究聚合物膜的光譜電化學(xué)和電致變色特性,并在此基礎(chǔ)上制備PHexT膜的電致變色器件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在離子液體中制備的PHexT膜光滑致密,完全氧化時(shí)呈藍(lán)色,完全還原后為橘紅色,具有高的顏色對(duì)比度(40％),較短的響應(yīng)時(shí)間(2.5 s)和高的電致變色著色效率(230 cm2C-1)。該膜制成的

6、固態(tài)電致變色器件(ECD)也具有很好的電致變色性能和長的循環(huán)壽命。 第三章 本章以室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)為溶劑和支持電解質(zhì),在納米TiO2表面通過恒電流法制備聚(3-氯噻吩)(PCIT)膜。通過紫外可見光譜、計(jì)時(shí)電流、計(jì)時(shí)庫侖以及計(jì)時(shí)吸收曲線等方法研究復(fù)合膜的光譜電化學(xué)和電致變色特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該P(yáng)ClT/TiO2納米復(fù)合膜的能帶寬為1.80 eV,并且在還原態(tài)呈棗紅色,氧化態(tài)呈

7、藍(lán)黑色。PClT/TiO2納米復(fù)合膜的電致變色對(duì)比度在555 nm和770 nm處分別達(dá)到12％和25％。同時(shí),利用該膜組裝成為電致變色器件(ECD),并研究了該器件的電致變色性能。 第四章 本章運(yùn)用真空鍍膜法蒸鍍制備了銀(Ag)納米薄膜,采用掃描電子顯微鏡(SEM)和紫外可見光譜對(duì)Ag納米薄膜進(jìn)行表征。并將Ag納米薄膜與在三氧化鎢溶膠中恒電位電鍍得到的三氧化鎢(WO3)無機(jī)電致變色膜相復(fù)合,制備了一種新型的納米復(fù)合電致變色材