一种柔性电色纤维及利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性电色纤维及其制备方法。本发明专利技术柔性电色纤维包括六层，由内向外依次为：导电聚合物芯层、离子储存层、凝胶电解质层、电色层、透明导电层和透明薄膜封装层，其中，导电聚合物芯层的直径为80～800nm，离子储存层的厚度为50～300nm，凝胶电解质层的厚度为500～1000nm，电色层的厚度为100～500nm，透明导电层的厚度为80～200nm。本发明专利技术柔性电色纤维中的五层可以通过同轴电纺丝，一次成型得到单根同轴电色纤维，极大简化了柔性电色纤维的制备过程，且每根纤维都可以实现单独变色，变色速度更快；将本发明专利技术柔性电色纤维形成织物时，可以对每根纤维进行单独寻址变色调控，实现现有变色织物无法达到的变色效果，具有良好的应用前景和市场价值。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电色纤维及利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法
本专利技术属材料领域，更具体地说，本专利技术涉及一种利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法及得到的柔性电色纤维。
技术介绍
能够改变颜色的织物或者服装无论是在时尚、日用服装还是军事伪装上都是人们追求的目标，通过热、光、湿、压力或电场等因素为诱因改变材料对光谱的吸收可以实现变色，但是，热、光、湿度、压力等外界刺激因素不可或难以实现人为控制。通过外加小电场或电流控制实现人为可控变色，是智能变色材料的发展方向，其中电致变色材料及器件是首选。电致变色材料在外加电流或电场的作用下，发生电化学氧化或还原反应，其光学性能(透射率、反射率、吸收率)在可见光波长范围产生稳定的可逆变化，从而在外观上表现为颜色等的可逆变化。然而，要是将电致变色材料用于织物，必须具有柔韧性。专利CN101819007B、CN101830090B、CN103257502A和CN103257501B分别公开了电致变色织物的制备方法，它们的共同点都是在织物的表面涂覆变色材料制备成平面层状结构，缺点是不利于弯折和纺织。CN102759835B专利通过在纤维芯材上构筑电色结构的方法，形成了同轴的柔性电色纤维，然而每层的制备过程都采用一种不同的制备方法，使得制备过程相当复杂，极大的降低了成品率和效率。专利CN102369478A也公布了一种能形成同轴电色纤维的方法，但是其形成电色器件需要两根纤维配合才能完成。静电纺丝是一种简单有效地制备纳米纤维材料的方法，主要利用高压电场产生的静电力作用将具有一定黏度的高分子溶液拉伸形成直径为纳米到微米间的纤维。静电纺丝纳米纤维膜一般都具有一定的孔隙率，纤维连续，直径可调，在能源环境以及生物医药领域备受关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有将电致变色材料作为织物时存在的不利于弯折、制备过程复杂、效率低等缺陷，提供一种利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法及得到的柔性电色纤维。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其包括如下步骤：(1)将导电聚合物分散于溶剂中，形成导电聚合物芯层前驱体溶液；(2)将电色纳米粉体分散于溶剂中，形成电色层前驱体溶液；(3)将电解质分散于溶剂中，形成凝胶电解质层前驱体溶液；(4)将离子储存纳米粉体分散于溶剂中，形成离子储存层前驱体溶液；(5)将导电纳米粉体分散于溶剂中，形成透明导电层前驱体溶液；(6)将步骤(1)～(5)所得的导电聚合物芯层前驱体溶液、电色层前驱体溶液、凝胶电解质层前驱体溶液、离子储存层前驱体溶液和透明导电层前驱体溶液分别装入5个推进器中，利用同轴电纺丝针头进行静电纺丝，得到含有五层的电色纳米纤维；(7)在步骤(6)所得电色纳米纤维表面包裹一层透明薄膜并封装，得到柔性电色纤维。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，所述导电聚合物为聚乙炔(PA)及其衍生物、聚噻吩(PTh)及其衍生物、聚吡咯(PPy)及其衍生物、聚苯胺(PANi)及其衍生物、聚苯撑(PPP)及其衍生物、聚对苯撑乙烯(PPV)、聚双炔(PDAs)及其衍生物中的一种，且所述导电聚合物的浓度为5～50wt％。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，所述电色纳米粉体为WO3、MoO3、TiO2、Nb2O5、Ta2O5中的一种，且所述电色纳米粉体的尺寸小于100nm。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，所述电解质为无机离子导体、离子液体或离子导电聚合物形成的凝胶电解质。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，所述离子储存纳米粉体为NiO、Co3O4、V2O5、Ir2O3中的一种，且所述离子储存纳米粉体的尺寸小于100nm。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，所述导电纳米粉体为ITO、Au或Ag的纳米颗粒，且所述导电纳米粉体的浓度为30～50wt％。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，在所述导电聚合物芯层前驱体溶液、电色层前驱体溶液、凝胶电解质层前驱体溶液、离子储存层前驱体溶液和透明导电层前驱体溶液中还分别加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSU)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，且浓度为5～30wt％。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，步骤(1)～(5)中，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二氯甲烷(CH2Cl2)、氯仿(CHCl3)、四氯化碳(CCl4)、正己烷(C6H14)、丙酮(DCM)、四氢呋喃(THF)、六氟异丙醇(HFIP)、吡啶(C5H5N)中的一种或两种。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，步骤(7)中，所述透明薄膜为通过浸涂或热塑形成的聚酯膜。作为本专利技术利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法的一种优选技术方案，所述静电纺丝的参数为：电压10～30kV，接收距离为5～25cm，前驱体溶液推送速度为0.1～5ml/h，滚筒转速为1000～10000rpm。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种柔性电色纤维，其包括六层，由内向外依次为：导电聚合物芯层、离子储存层、凝胶电解质层、电色层、透明导电层和透明薄膜封装层；所述导电聚合物芯层的厚度为80～800nm，所述离子储存层的厚度为50～300nm，所述凝胶电解质层的厚度为500～1000nm，所述电色层的厚度为100～500nm，所述透明导电层的厚度为80～200nm。相对于现有技术，本专利技术柔性电色纤维及其制备方法具有如下有益效果：本专利技术利用静电纺丝能够同轴电纺不同材料的特性，把形成柔性电色纤维的各层通过静电纺丝技术一次性纺织成同轴纤维，每根纤维都是一个纳米级的电色器件，再将透明导电层跟电源相连，就可以实现单独变色，且变色速度更快；将该柔性电色纤维形成织物时，可以对每根纤维进行单独寻址变色调控，实现以往变色织物无法实现变色效果，具有良好的应用前景和市场价值。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术柔性电色纤维及其制备方法和有益效果进行详细说明。图1为本专利技术实施静电纺丝技术制备柔性电色纤维的装置示意图，其中，1为前驱体溶液，2为高压电源，3为滚筒收集器，4为透明保护膜浸涂液，5为干燥固化装置，6为速度控制器，7为电动机。图2为本专利技术同轴电纺丝注射针头结构示意图，其中，1为导电聚合物芯层前驱体溶液入口，2为离子储存层前驱体溶液入口，3为离子传输层溶液入口，4为电色层前驱体溶液入口，5为透明导电层前驱体溶液入口。图3为本专利技术制备的柔性电色纤维的结构示意图，其中，1为导电聚合物芯层，2为离子储存层，3为离子传输层，4为电色层，5为透明导电层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术，实施例的参数、比例等可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将导电聚合物分散于溶剂中，形成导电聚合物芯层前驱体溶液；(2)将电色纳米粉体分散于溶剂中，形成电色层前驱体溶液；(3)将电解质分散于溶剂中，形成凝胶电解质层前驱体溶液；(4)将离子储存纳米粉体分散于溶剂中，形成离子储存层前驱体溶液；(5)将导电纳米粉体分散于溶剂中，形成透明导电层前驱体溶液；(6)将步骤(1)～(5)所得的导电聚合物芯层前驱体溶液、电色层前驱体溶液、凝胶电解质层前驱体溶液、离子储存层前驱体溶液和透明导电层前驱体溶液分别装入5个推进器中，利用同轴电纺丝针头进行静电纺丝，得到含有五层的电色纳米纤维；(7)在步骤(6)所得电色纳米纤维表面包裹一层透明薄膜并封装，得到柔性电色纤维。

【技术特征摘要】
1.一种利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将导电聚合物分散于溶剂中，形成导电聚合物芯层前驱体溶液；(2)将电色纳米粉体分散于溶剂中，形成电色层前驱体溶液；(3)将电解质分散于溶剂中，形成凝胶电解质层前驱体溶液；(4)将离子储存纳米粉体分散于溶剂中，形成离子储存层前驱体溶液；(5)将导电纳米粉体分散于溶剂中，形成透明导电层前驱体溶液；(6)将步骤(1)～(5)所得的导电聚合物芯层前驱体溶液、电色层前驱体溶液、凝胶电解质层前驱体溶液、离子储存层前驱体溶液和透明导电层前驱体溶液分别装入5个推进器中，利用同轴电纺丝针头进行静电纺丝，得到含有五层的电色纳米纤维；(7)在步骤(6)所得电色纳米纤维表面包裹一层透明薄膜并封装，得到柔性电色纤维。2.根据权利要求1所述的利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其特征在于，所述导电聚合物为聚乙炔及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚苯撑及其衍生物、聚对苯撑乙烯、聚双炔及其衍生物中的一种，且所述导电聚合物的浓度为5～50wt％。3.根据权利要求1所述的利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其特征在于，所述电色纳米粉体为WO3、MoO3、TiO2、Nb2O5、Ta2O5中的一种，且所述电色纳米粉体的尺寸小于100nm。4.根据权利要求1所述的利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其特征在于，所述电解质为无机离子导体、离子液体或离子导电聚合物形成的凝胶电解质。5.根据权利要求1所述的利用静电纺丝技术制备柔性电色纤维的方法，其特征在于，所述离子储存纳米粉体为NiO、Co3O4、V2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖秀娣，陆源，徐刚，郇昌梦，齐帅，程浩亮，詹勇军，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44