导电聚合物电致变色器件

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1、摘要导电聚合物电致变色器件电致变色(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3一甲基噻吩(P3MeT)}作为电致变色材料

2、，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

3、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0．1molL_lLiCl04+0．01molL-1HClm的乙腈电解质和不含有质子的0．1molL-1LiCIO。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—LiCI仉或PE：PMMA-LiCI仉

4、一PC-EC-HCIO。)构筑的简易的垂直结构ECD(ITOIPANIfIPEIITO)，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Ce02-TiO：复合薄膜代替ITO摘要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Ce02-TiO：复合物薄膜制各工艺的优化，得到垂直结构的固态PANI-ECD(ITOlPANIllPEllce02_Ti02IITO)具有较好的电致变色性能。该器件颜色呈现透明黄色

5、(一1．5V，PANIVS．CeO：一TiO：)到蓝色(1．OV)的可逆变化，700ilm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152．1cm2C-1。3)以PANI为电致变色层，用聚合物电解质(PE：PMMA—LiCl04_PC—EC—HClO。)构筑了侧面结构固态PANI—ECD。控制偏压+0．6V和一0．6V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：PMM

6、A-LiCIO广PC-EC-HCl04)构筑了侧面结构固态P3MeT-ECD。控制偏压+1．6V和一1．0V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：-TiO：复合物薄膜作为P3MeT—

7、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。关键词：导电聚合物；聚苯胺；聚3．甲基噻吩；电致变色器件ⅡAbstractEIectrochromicDevicesBasedonConductingPoIymersEletrochromismreferstoaphenomenonthatamaterialchangescolorswhenthematerialproducesreversibleredoxreactionindu

8、cedbyappliedvoltage．Thedevicewhichisassembledbyelectrochromicmaterialshasbroadapplicationsintheconstruction、automotive、flatpaneldisplay、informationstorageandotherfields．Conductingpolymersusedaselectrochromicmaterialshavemanyadvantages，suchassimplepre