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导电聚合物的电化学合成及其电致变色性能的研究

作　者: 白英
导　师: 李昕
学　校: 北京服装学院
专　业: 材料学
关键词: 导电聚合物电致变色聚苯胺聚(3，4-乙撑二氧噻吩) 响应时间光学对比度
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

电致变色(electrochromism,EC)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。电致变色材料在显示器件、智能窗、无眩反光镜、军事伪装等方面具有广阔的应用前景,从而受到人们的重视。导电聚合物是电致变色材料中的新兴成员,但由于其具有响应速度快、颜色变化丰富、易加工、易分子设计及成本低廉等优点,从而成为电致变色研究工作的重点。本论文采用导电聚合物{聚苯胺(PANI)、聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)}作为电致变色材料,以提高导电聚合物的电致变色性能和光学对比度(?T%)为目的,通过电化学方法主要进行了以下几方面的研究工作:1、通过电化学恒电位法制备导电聚苯胺,并通过聚合条件和测试条件的优化,得到性能良好的电致变色PANI膜,测试结果表明,在最佳聚合条件和测试条件下,所制备的PANI膜具有优良的多色电致变色性能,颜色鲜艳,能在黄色、绿色和蓝色之间迅速转换,颜色响应时间在2.8s左右;在黄色和蓝色之间的光学对比度达到35%;后为了改善颜色的饱和程度,在聚合电解液中加入酸性蓝BGA染料,结果表明加入酸性蓝染料之后蓝色更加鲜艳、光学对比度有所提高、方波电位下的光电稳定性提高但蓝/黄色间的响应时间有所延长;2、采用电化学恒电位法制备导电聚(3,4-乙撑二氧噻吩),并通过聚合条件的优化,得到性能良好的电致变色PEDOT膜。测试结果表明,在最佳聚合条件下,所制备的PEDOT膜具有优良的变色性能,能在深浅蓝色之间循环多次变化,颜色间的响应时间达到5s左右,光学对比度达到42%,且在-0.8V/0.6V方波电位下循环250次后光学对比度仍达到40%,具有优良的使用寿命;为了与实际应用相联系,实验又将制备的聚合膜的面积扩大到10cm×10cm,PEDOT膜仍然具有明显的深浅蓝色变化,说明制备的膜具有一定的应用价值;3.为了提高所制备的膜(PANI、PEDOT)的颜色的响应时间,通过改变聚合条件得到了纳米线状PANI和PEDOT,期望通过改变聚合物的形貌来改善膜的响应时间,具体结果有待进一步实验研究。

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摘要 3-4Abstract 4-10第1章绪论 10-32 1.1 导电聚合物概述 10-18 1.1.1 导电聚合物的定义和分类 10-11 1.1.2 导电聚合物的导电机理 11 1.1.3 导电聚合物的合成方法 11-13 1.1.4 导电聚合物的性能表征方法 13-16 1.1.5 导电聚合物的应用 16-18 1.1.6 导电高分子实用化面临的机遇与挑战 18 1.2 电致变色 18-22 1.2.1 电致变色的定义 18-19 1.2.2 电致变色材料的基本要求 19 1.2.3 电致变色材料的分类 19-21 1.2.4 电致变色材料的变色机理 21 1.2.5 电致变色材料的应用 21-22 1.2.6 电致变色材料研究和应用的现状及难点 22 1.3 导电高分子聚苯胺 22-27 1.3.1 聚苯胺的合成方法 22-23 1.3.2 聚苯胺的结构 23-24 1.3.3 聚苯胺的掺杂 24-25 1.3.4 聚苯胺导电机理的三种模型 25 1.3.5 聚苯胺的性能 25-26 1.3.6 聚苯胺的应用前景 26-27 1.4 导电聚（3,4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT） 27-31 1.4.1 PEDOT 的合成方法 27-29 1.4.2 PEDOT 的掺杂机理 29-30 1.4.3 PEDOT 的性质 30-31 1.5 论文工作的研究目的及意义 31-32第2章实验方法 32-35 2.1 试剂与仪器 32 2.2 聚合物膜的制备及性能表征 32-35 2.2.1 电化学聚合 32-33 2.2.2 电解质溶液和测试溶液 33 2.2.3 性能测试及表征 33-35第3章聚苯胺的电化学合成及其电致变色性能的研究 35-55 3.1 引言 35-36 3.2 聚合时间对聚苯胺电致变色性能的影响 36-41 3.2.1 不同聚合时间聚苯胺膜的电化学合成 36 3.2.2 不同聚合时间聚苯胺膜的循环伏安曲线及颜色变化 36-37 3.2.3 聚合时间及测试电压对PANI 膜的交流阻抗的影响 37-38 3.2.4 聚合时间及测试电压对PANI 膜的紫外-可见吸收光谱及结构的影响 38-39 3.2.5 不同聚合时间聚苯胺膜的光学对比度及各颜色间的响应时间 39-40 3.2.6 聚合时间对PANI 膜厚度和最大光学对比度的影响 40-41 3.3 测试溶液pH 对PANI 膜电致变色性能的影响 41-47 3.3.1 聚苯胺膜的电化学合成 41 3.3.2 PANI 膜在不同pH 值的测试溶液中的循环伏安测试 41-42 3.3.3 PANI 膜在不同pH 值测试溶液中的多电位紫外-可见吸收光谱 42-43 3.3.4 PANI 膜在不同pH 值测试溶液中的方波电位扫描 43-44 3.3.5 PANI 膜在方波电位间的寿命测试 44-45 3.3.6 色差分析 45-47 3.4 酸性蓝BGA 染料掺杂PANI 膜的电化学合成及其变色性能 47-52 3.4.1 酸性蓝BGA 染料掺杂PANI 膜的电化学合成 47-48 3.4.2 酸性蓝BGA 染料掺杂PANI 膜的循环伏安测试 48 3.4.3 酸性蓝BGA 染料掺杂PANI 膜的颜色变化图片 48-49 3.4.4 酸性蓝BGA 染料掺杂PANI 膜的电导率测试 49 3.4.5 酸性蓝染料掺杂PANI 膜的交流阻抗谱测试 49-50 3.4.6 酸性蓝染料掺杂PANI 膜的多电位紫外吸收曲线 50 3.4.7 酸性蓝染料掺杂PANI 膜的循环伏安寿命测试 50-51 3.4.8 酸性蓝染料掺杂PANI 膜的方波电位扫描 51-52 3.5 聚苯胺纳米线的合成 52-54 3.5.1 电化学合成 52 3.5.2 SEM 形貌 52-54 3.6 本章小结 54-55第4章聚（3，4-乙撑二氧噻吩）的电化学合成及其电致变色性能 55-72 4.1 单体浓度对PEDOT 电化学性能的影响 55-60 4.1.1 PEDOT 的电化学合成 55-56 4.1.2 不同单体浓度聚合PEDOT 膜的循环伏安测试及其颜色变化 56-57 4.1.3 不同单体浓度聚合PEDOT 膜的交流阻抗谱 57-58 4.1.4 不同单体浓度聚合PEDOT 膜在多电位下的紫外吸收 58 4.1.5 不同单体浓度聚合PEDOT 膜的方波电位扫描 58-59 4.1.6 方波电位下的寿命测试 59-60 4.2 聚合时间对PEDOT 电化学性能的影响 60-64 4.2.1 PEDOT 的电化学合成 60 4.2.2 不同聚合时间PEDOT 膜的循环伏安测试及其颜色变化 60-61 4.2.3 不同聚合时间PEDOT 膜的多电位紫外吸收图 61-62 4.2.4 不同聚合时间PEDOT 膜的方波电位扫描 62-63 4.2.5 方波电位下的寿命测试 63-64 4.3 10cm×10cm PEDOT 大片的电化学合成及其电致变色 64-65 4.3.1 10cm×10cm PEDOT 大片的电化学合成 64 4.3.2 10cm×10cm PEDOT 大片的循环伏安测试及电致变色 64-65 4.4 纳米结构PEDOT 的电化学合成初步研究 65-70 4.4.1 三氟化硼乙醚/十二烷基苯磺酸钠（BFEE/SDBS）体系 65-67 4.4.2 十二烷基苯磺酸钠体系 67-69 4.4.3 十二烷基苯磺酸钠/对甲苯磺酸钠（SDBS/TsONa）体系 69-70 4.5 本章小结 70-72结论与展望 72-74参考文献 74-84攻读硕士学位期间发表的学术论文 84-85致谢 85

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