一种高性能全固态聚合物电致变色器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能全固态聚合物电致变色器件及其制备方法，所述的高性能全固态聚合物电致变色器件结构依次包括：透明导电电极一、电致变色层、电解质层、离子储存层、透明导电电极二。通过选择PANI薄膜作为电致变色层，PEDOT:PSS为离子储存层，两种聚合物材料在施加电压时均表现为从透明到深色的颜色变化，因此获得了高光学对比度、快速响应的全固态聚合物电致变色器件，在智能眼镜、防眩目后视镜领域具有潜在的应用。且所述操作过程简单，原料成本低，且制备过程安全无污染，符合绿色生产的要求和保护环境的生态理念。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能全固态聚合物电致变色器件及其制备方法
本专利技术涉及一种高光学对比度、快速响应的全固态聚合物电致变色器件的制备方法，在智能眼镜、防眩后视镜等领域具有潜在的应用。
技术介绍
目前，电致变色器件多为液态型器件和固态型器件。其中，液态型电致变色器件，由于其电致变色材料或电解质材料处于液态的形式存在，存在易泄漏，安全性低、稳定性差等问题，因此固态型电致变色器件的研发尤为重要。在众多导电高分子材料中，聚苯胺(PANI)由于其较好的热稳定性和化学稳定性、易于成膜、价格低廉等特点，受到极大的关注。尤其是，PANI在不同电位下表现出多个氧化还原状态，因而表现出不同的颜色变化。PANI在还原态时是透明的，在中间氧化态时转变为绿色，氧化态时表现为蓝色，因此作为电致变色材料得到广泛的研究与应用。尽管PANI作为电致变色材料研究较早，但是其作为电致变色层多应用于液态电致变色器件中，且性能较差，尤其是在颜色转化过程中透明度的不足，限制了实际应用。因此，本专利技术的拟以PANI材料作为电致变色层，开发一种高性能的全固态聚合物电致变色器件，进一步拓展其实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的液态器件结构易泄漏、电化学稳定差的问题，提供一种全固态聚合物电致变色器件及其制备方法及应用。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高性能全固态聚合物电致变色器件的结构依次包括：透明导电电极一、电致变色层、电解质层、离子储存层、透明导电电极二；所述的透明导电电极一由基底一和透明导电层一构成；所述的透明导电电极二由基底二和透明导电层二构成；所述的基底一或基底二各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯(PET)、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)；所述的透明导电层一或透明导电层二各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡或银纳米线；所述的电致变色层为PANI薄膜；所述的离子储存层为PEDOT：PSS聚合物薄膜。进一步，所述的高性能全固态聚合物电致变色器件按照如下方法进行制备：(1)在三电极电解池体系中，以苯胺为单体，以硫酸为支持电解质，水作为溶剂，混合得到的混合溶液为电解液，以透明导电电极一为工作电极，室温下采用电化学聚合法，得到沉积在所述的透明导电电极一上的PANI薄膜；所述的混合溶液中，所述的苯胺单体的初始终浓度为0.3～0.7mol/L，所述的支持电解质硫酸的初始终浓度为0.5～1.5mol/L；(2)将聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)PEDOT：PSS溶于去离子水中，得到聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)的水溶液，采用旋涂的方法将所述的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)的水溶液旋涂在透明导电电极二上获得PEDOT：PSS，烘干后得到PEDOT：PSS聚合物薄膜；所述的PEDOT：PSS与水的质量比为1:90～1:99；(3)将增塑剂和聚合物粘结剂混合加热溶胀，记为体系A；将支持电解质加入到混合溶剂中，超声至所述的支持电解质完全溶解，记为体系B；将所述的体系A与体系B混合，超声直至均匀，将所得的溶液旋蒸除去部分溶剂得到凝胶态电解质；所述的增塑剂与聚合物粘结剂的质量比为1：2～1：5；所述的支持电解质与所述的混合溶剂的质量比为1:5～7；(4)将带方形孔的3M胶框贴在步骤(2)制备的PEDOT：PSS薄膜覆盖的透明导电电极二上，将步骤(3)得到的凝胶态电解质均匀地滴到所述的3M胶框内，然后步骤(1)制备的PANI薄膜覆盖的透明导电电极一盖在所述的3M胶框上，确保所述的PEDOT：PSS薄膜和PANI薄膜分别与胶框的两侧紧密贴合并与胶框形成密闭空间，然后将得到的器件在烘箱中进行干燥，最终获得全固态聚合物电致变色器件。进一步，步骤(1)中，所述的电压为0.5～1.0V，聚合电量为0.04～0.08C，聚合结束后，在-0.4～-0.8V的负电位下脱掺杂50～70s，经淋洗后得到聚合物，再置于60～80℃真空干燥箱中干燥4～8h，淋洗并烘干后得到沉积在所述的透明导电基底一上的PANI薄膜。进一步，步骤(2)中，所述的旋涂法参数为：转速1000～2000rpm，时间50s～70s。进一步，步骤(2)中，所述的烘干温度为120～140℃，烘干时间为10～15min。进一步，步骤(3)中，所述的聚合物粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯腈；所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯。进一步，步骤(3)中，所述的电解质为高氯酸锂、四氟硼酸锂、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。进一步，步骤(3)中，所述的混合溶剂为乙腈和二氯甲烷的混合溶液，所述的乙腈和二氯甲烷的质量比为1：3～5。进一步，步骤(4)中，所述的电致变色器件的烘干温度为40～70℃，干燥时间为15～20h。与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：(1)本专利技术通过选择PANI薄膜作为电致变色层，PEDOT:PSS为离子储存层，两种聚合物材料在施加电压时均表现为从透明到深色的颜色变化，因此获得了高光学对比度、快速响应的全固态聚合物电致变色器件，在智能眼镜、防眩目后视镜领域具有潜在的应用。(2)本专利技术所述操作过程简单，原料成本低，且制备过程安全无污染，符合绿色生产的要求和保护环境的生态理念。附图说明图1是全固态电致变色器件的结构示意图；1、透明导电电极一，2、电致变色层，3、电解质层，4、离子储存层，5、透明导电电极二。图2是实施例5制备器件的变色效果图。图3是实施例5中制备器件在1100～300nm扫描后的全波段透射率图。图4是实施例5中制备器件在630nm波长处的光学对比度。图5是实施例5中制备器件在630nm波长处的响应时间测试图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步地描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。本专利技术所用的原料与试剂均可从市场购得。实施例1：电致变色层的制备在三电极电解体系中，以苯胺(4.657g，0.05mol)为单体，以硫酸溶液(98％浓硫酸10g，0.1mol)为支持电解质配制成浓度为1mol/L的空白电解质溶液100mL，配制出浓度为0.5mol/L的单体溶液100mL，以氧化铟锡(ITO)导电玻璃为工作电极，以铂电极为辅助电极，以银/氯化银电极为参比电极，在室温下采用恒电位聚合法进行电化学聚合，所述恒电位聚合法采用的恒电位为0.8V，聚合电量为0.04C，然后在负电位-0.4V下脱掺杂60s，得到一层沉积在ITO导电基底上的透明聚合物薄膜，用乙腈淋洗去除聚合物薄膜表面残留的电解液，并在60℃真空干燥环境中烘干5h后得到PANI薄膜。实施例2：离子储存层的制备在50ml烧杯中加入0.2525g的PEDOT：PSS为溶质，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能全固态聚合物电致变色器件，其特征在于：所述的高性能全固态聚合物电致变色器件的结构依次包括：透明导电电极一、电致变色层、电解质层、离子储存层、透明导电电极二；所述的透明导电电极一由基底一和透明导电层一构成；所述的透明导电电极二由基底二和透明导电层二构成；所述的基底一或基底二各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷；所述的透明导电层一或透明导电层二各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡或银纳米线；所述的电致变色层为PANI薄膜；所述的离子储存层为PEDOT：PSS聚合物薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能全固态聚合物电致变色器件，其特征在于：所述的高性能全固态聚合物电致变色器件的结构依次包括：透明导电电极一、电致变色层、电解质层、离子储存层、透明导电电极二；所述的透明导电电极一由基底一和透明导电层一构成；所述的透明导电电极二由基底二和透明导电层二构成；所述的基底一或基底二各自独立为玻璃、聚对苯二甲酸丁二酯、聚氨酯或聚二甲基硅氧烷；所述的透明导电层一或透明导电层二各自独立为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡或银纳米线；所述的电致变色层为PANI薄膜；所述的离子储存层为PEDOT：PSS聚合物薄膜。


2.一种如权利要求1所述的高性能全固态聚合物电致变色器件的制备方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行：
(1)在三电极电解池体系中，以苯胺为单体，以硫酸为支持电解质，水作为溶剂，混合得到的混合溶液为电解液，以透明导电电极一为工作电极，室温下采用电化学聚合法，得到沉积在所述的透明导电电极一上的PANI薄膜；所述的混合溶液中，所述的苯胺单体的初始终浓度为0.3～0.7mol/L，所述的支持电解质硫酸的初始终浓度为0.5～1.5mol/L；
(2)将聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)PEDOT：PSS溶于去离子水中，得到聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)的水溶液，采用旋涂的方法将所述的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)的水溶液旋涂在透明导电电极二上获得PEDOT：PSS，烘干后得到PEDOT：PSS聚合物薄膜；所述的PEDOT：PSS与水的质量比为1:90～1:99；
(3)将增塑剂和聚合物粘结剂混合加热溶胀，记为体系A；将支持电解质加入到混合溶剂中，超声至所述的支持电解质完全溶解，记为体系B；将所述的体系A与体系B混合，超声直至均匀，将所得的溶液旋蒸除去部分溶剂得到凝胶态电解质；所述的增塑剂与聚合物粘结剂的质量比为1：2～1：5；所述的支持电解质与所述的混合溶剂质量比为1:5～7；
(4)将带方形孔的3M胶框贴在步骤(2)制备的PEDOT：PSS薄膜覆盖的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，杨园园，吕晓静，徐欣佳，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33