导电聚合物—无机/有机小分子纳米复合电致变色材料的制备与性能研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abcd55443388
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电致变色(EC)材料作为一种新型节能材料,由于其独特显示性质而备受关注,在智能窗、显示器、电子纸及军事伪装等诸多方面有巨大的应用潜力。导电聚合物电致变色材料(PEC)凭借其种类繁多、来源广泛、结构易修饰、加工性能好及响应速度快等优点被认为是下一代的电致变色材料。近年来,许多工作围绕着将导电聚合物与各种不同结构的纳米材料进行复合,以进一步提升所得复合材料的光电性能,因此纳米复合已成为该领域的研究热点之一。本论文以提高导电聚合物的电致变色性能为目的,通过引入不同形貌的无机半导体/有机小分子材料(二氧化钛(Ti O2)纳米棒阵列/酞菁铜(Cu Pc)纳米线)与导电聚合物进行复合,研究不同材料的纳米结构对导电聚合物EC性能的影响。论文的第一部分采用电沉积法和电化学恒电位法制备Cu Pc-聚苯胺(PANI)纳米复合薄膜。研究PANI薄膜和Cu Pc-PANI复合薄膜的电致变色性能,测试结果表明PANI薄膜在730 nm处的光学对比度为56%,褪色时间为2.9 s,着色时间为0.9 s;Cu Pc-PANI复合薄膜在730 nm处的光学对比度为58%,褪色时间为1.96 s,着色时间为1.02 s。在500个循环稳定性测试后,PANI薄膜的电化学活性降低了51.98%,而Cu Pc-PANI复合薄膜电化学活性只降低了31.29%。测试结果证实了Cu Pc纳米线的引入,改善了PANI薄膜的电化学稳定性和响应速度。与此同时,通过电化学工作站测试不同电流密度下Cu Pc-PANI复合薄膜的充放电曲线。结果表明该复合薄膜同时具有一定的赝电容性质,在电流密度为0.1m A?cm-2时,其面电容为5.4 m F?cm-2。这应该归因于复合薄膜中Cu Pc是一类优异的光电半导体材料,Cu Pc纳米线的引入增加了导电聚合物与电解质溶液的接触界面,有利于离子扩散和电荷传输,从而提升了材料的整体性能。论文的第二部分首先采用水热法在透明导电玻璃FTO上制备了Ti O2纳米棒阵列,进一步利用课题组合成的三(4-二苯胺基苯基)-六氮杂萘(TPA-HATN)通过电化学原位聚合法制备了PTPA-HATN薄膜和Ti O2-PTPA-HATN纳米核/壳复合薄膜。研究Ti O2对PTPA-HATN的电致变色性能影响,结果表明PTPA-HATN薄膜在783 nm处的光学对比度为62%,褪色时间为8.84 s,着色时间为10.95 s;而Ti O2-PTPA-HATN纳米核/壳复合薄膜在783 nm处的光学对比度为68%,褪色时间为2.83 s,着色时间为3.16 s。在400个循环稳定性测试后(停留时间为6 s),PTPA-HATN薄膜的光学对比度降为初始的1%,而Ti O2-PTPA-HATN复合薄膜的光学对比度降为初始的48%。证实了Ti O2纳米棒阵列的引入可以显著改善聚合物PTPA-HATN的电致变色性能。此外,提出复合薄膜性能改善的可能离子扩散机理,核/壳结构缩短了离子的扩散距离,增加了接触位点,进而提高导电聚合物的电致变色性能。论文的第三部分采用水热法和电化学循环伏安法相结合,在Ti O2纳米棒上电聚合三[2-(4-噻吩)苯]胺(TPAT),制备了Ti O2-PTPAT纳米核/壳复合薄膜。复合薄膜在600 nm波段下的对比度为43%,在1100 nm的对比度为79%,其褪色时间为3.35 s,着色时间为4.43 s,较PTPAT薄膜而言,复合薄膜在600 nm和1100 nm的对比度分别由28%变为43%,60%变为79%;响应时间分别提高了0.51 s,1.09 s。由此可见,二氧化钛纳米棒的引入改善了PTPAT薄膜的EC性能,归因于有序的纳米阵列结构提高了薄膜的比表面积和离子扩散速度。以CV聚合的PTPAT1薄膜和Ti O2-PTPAT1复合薄膜分别作为电致变色层;以旋涂法制备的PEDOT:PSS薄膜作为离子储存层,将两种薄膜分别与其进行组装得到电致变色器件ECD0和ECD1。并对其进行光谱电化学数据进行测试,结果表明器件ECD1具有更好的电致变色性能,在433 nm波段下器件ECD1的响应时间缩短了1.81 s,在640 nm波段下器件ECD1的光学对比度由48%变为56%,在1100 nm波段下对比度由28%变为33%,褪色时间缩短0.58 s,着色时间缩短2.69 s。由此可见,基于复合薄膜的原型器件较未复合的器件具有更好的光学对比度和响应时间,有序的二氧化钛纳米阵列结构的引入有利于器件中的离子掺杂与脱掺杂,从而改善其电致变色性能。
其他文献
为了准确表征并研究下行床内气固流动特性尤其是颗粒聚团特性,本论文搭建了高度为5 m的二维下行循环流化床,在表观气速为1~7 m/s,颗粒循环量为100~700 kg/m~2s的操作范围内,研
白桦树皮洁白,树干通直,树形优美,具有很高的观赏价值,在园林中应用十分广泛。但是,白桦在沈阳及以南地区移植成活率低(40%以下),长势不良。探究其原因,可能是沈阳地区初夏干旱炎热、盛夏高温,与白桦天然分布区冷凉型的气候存在明显差异所致。通过科学的技术手段,探寻白桦与环境不适应的原因,以期为白桦生长观测与栽培管理提供理论与技术支持。本文以白桦为试材,通过对白桦叶片进行高温、强光以及高温和强光协同处理
储量丰富的页岩气资源逐渐成为油气勘探开发的热点。与常规油气藏不同,页岩气藏存在大量吸附气,其生产开发需依靠水力压裂等导流措施,致使储层存在滞留水,且特定页岩储层天然
端区损失是涡轮内部损失的重要组成部分,涡轮端区损失大约占到总损失的50%-80%。目前有关涡轮叶片端区损失控制技术的研究主要可分为主动式和被动式两种。随着对涡轮性能要求
本文以依兰盆地始新统达连河组含煤—油页岩岩系为主要研究目的层,基于野外剖面实测、工业品质分析、有机地球化学分析及显微镜观察,对含煤—油页岩岩系的有机质聚集条件进行详细研究,建立有机质聚集垂向演化模型。研究区目的层可分为含煤段和油页岩段。其中,含煤段为湖沼相沉积,主要发育煤、油页岩、泥岩和碳质泥岩,含煤段下部发育厚层煤和厚层油页岩互层,泥岩和碳质泥岩主要发育于含煤段上部。油页岩段为半深湖—深湖相沉积
煤炭的高效清洁利用是我国能源需求的重要组成部分,而煤热解过程是低阶煤提质的重要手段,通过改变热解工艺条件以及催化热解的方式对热解过程与挥发分改质,提高焦油中高附加
季节性冰冻区路基全寿命周期内由于受到自然环境的影响,它的结构、物理性质、力学性能(强度、稳定性等)等都会不断发生改变。太沙基有效应力原理认为,土是以固-液二相形式存在,土的颗粒间摩擦力提供了土的有效应力,孔隙水的压力不提供土的强度和抗变形能力。而在非饱和土研究中,认为土是以土粒、孔隙水、孔隙气、水气收缩膜四相共同组成,水气收缩膜的张力也提供着部分有效应力,使得非饱和土较饱和土更为复杂多变。一般来讲
氟污染已经成为全世界关注的环境问题。吸附法被视为去除过量的氟化物最为经济高效绿色环保的方法。然而,较低的吸附量和较长的吸附平衡时间限制了许多吸附剂的实际应用。层状过渡金属氧化物具有大的比表面积和多孔结构,能够提供大量的活性位点用于水中氟的去除。同时,对氟亲和的金属氧化物可以提升对氟的吸附性能和选择性。因此,设计和合成具有结构和组成优势的层状多孔金属氧化物吸附剂可以高效去除水中的氟。本论文的研究内容
水分是干旱区植物生长的主要因子,凝结水作为一种水资源输入项,数量虽小,但对于维持干旱地区的生态平衡至关重要。本研究以塔里木河下游典型胡杨群落为研究对象,通过综合应用
卵形体农产品大小头机械式自动定向技术是由分列轴向运动和定向翻转运动组成,翻转运动是继分列轴向运动之后定向的关键运动。卵形体农产品经定向处理后,可有效地增加产品包装