光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法技术

本发明专利技术涉及一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，包括以下步骤：在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜，其中，通过调控绝缘材料在复合材料薄膜中的配比，控制电阻率的变化；在所述复合材料薄膜表面蒸镀金作为金电极，形成金电极‑聚合物薄膜‑硅电极的三明治结构器件；利用紫外可见光谱测试所述结构器件的光谱信息，确定所述结构器件的光学透过率；利用Agilent Keysight B2900A Quick IV测试仪测试所述结构器件在不同额定电压作用下的工作电流，获取所述结构器件在不同外施电压下的电阻率的值，确定所述结构器件的绝缘性能；获取绝缘性能与光学透过率最佳的金电极‑聚合物薄膜‑硅电极的三明治结构器件。

【技术实现步骤摘要】
光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法
本申请涉及聚合物绝缘材料
，尤其涉及一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法。
技术介绍
聚合物绝缘材料作为关键部件被广泛应用于电力设备中，其承受的电场一般在107V/m以上。对于电极-绝缘材料-电极结构，长时高电压作用会导致电极向绝缘材料内部发射电子。由于绝缘材料的电导率相对较低，一般在10-16Scm，大部分发射的电荷会驻留在绝缘材料中，其电荷密度可以达到1020C/cm3。这部分积累在绝缘材料内部的电荷会产生明显的内建电场，造成材料的劣化甚至击穿。同时此电场对于接近电力设备的工作人员会产生潜在威胁，有可能造成人身触电的重大安全责任事故。绝缘材料带电不会产生类似电晕或者电弧等明显的放电现象，因而绝缘表面的带电无法直接表征。在大多数情况下，绝缘带电需要依靠大型设备在断电时进行测试，检测设备体积大、重量重、需要外接电源等，因而操作较难且耗时较长。如果可以在电力设备绝缘带电时实现非接触、耗时短、直观的指示，将极大程度地提高作业人员的人身安全。电致变色是一种利用电流驱动材料发生氧化还原反应，进而产生肉眼可见的变色效果的现象。现阶段，电致变色材料的应用主要集中在显示器、无眩反光镜、军事伪装等各个领域，是极具发展前景的一种功能材料。电致变色材料分为有机变色材料和无机变色材料两类，现阶段有机变色材料的整体性能已明显优于无机材料，并且具有良好的溶液可加工性、柔性、稳定性等，因而受到更为广泛的应用。有机变色材料包括紫罗精、金属酞花青、导电高分子等，其中，噻吩类电致变色材料具有较高的空穴迁移率、电导率高、环境稳定性好、成膜性能好、掺杂和去掺杂时的环境稳定性好等优点。现阶段，大多数的有机变色材料基于聚噻吩类的框架。然而，与电力设备应用环境相矛盾的是，有机变色材料的变色驱动需要依靠微安至毫安级的电流，且施加的电压较低，一般低于10V。然而，电力设备绝缘材料一般承受较高的电压，一般高于10kV，且绝缘材料的工作电流较低，一般在pA数量级。千伏级的电压作用在传统的电致变色材料上会直接导致材料烧蚀、碳化，无法变色完成指示。因而需要提高电致变色材料的耐压等级，以实现其在电力设备中的应用。提高变色材料的耐压等级需要提高其电阻率，以实现材料在千伏级电压的作用下具有微安至毫安级的工作电流。提高材料电阻率的方式是将其与有机绝缘材料进行复合。通过调控绝缘材料在复合材料中的配比，即可实现电阻率的控制。需要特别指出的是，过低的电导率虽然可以获得优良的电气绝缘性能，但无法获得可以驱动材料变色的最小电流。因而，如何利用共混的方式对复合材料的电阻率和变色特性进行协同调控，以获取最佳的复合材料，是本专利技术需要解决的主要问题。
技术实现思路
本申请提供了一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，以解决如何利用共混的方式对复合材料的电阻率和变色特性进行协同调控，以获取最佳的复合材料的问题。本申请采用的技术方案如下：一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，包括以下步骤：在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜，其中，通过调控绝缘材料在复合材料薄膜中的配比，控制电阻率的变化；在所述复合材料薄膜表面蒸镀金作为金电极，形成金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件；利用紫外可见光谱测试所述结构器件的光谱信息，确定所述结构器件的光学透过率；利用AgilentKeysightB2900AQuickIV测试仪测试所述结构器件在不同额定电压作用下的工作电流，获取所述结构器件在不同外施电压下的电阻率的值，确定所述结构器件的绝缘性能；获取绝缘性能与光学透过率最佳的金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器。进一步地，在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜之前，还包括：将等规导电聚合物P3BT和无规绝缘聚合物PS的混合物，溶于邻二氯苯溶液中，即得复合聚合物溶液；等规导电聚合物P3BT的分子量为15～25KDa，分散系数为1.5～2.0；无规绝缘聚合物PS的分子量为180～220KDa，分散系数为1.2～1.5。进一步地，在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜之前，还包括：将硅基底放入含有去离子水的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗；其中，超声功率为250～300w，超声时间8～12min，超声至少2次。进一步地，将硅基底放入含有去离子水的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗之后，还包括：将硅基底放入含有丙酮的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗；其中，超声功率为250～300w，超声时间8～12min，超声至少2次。进一步地，将硅基底放入含有丙酮的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗之后，还包括：将硅基底放入含有异丙醇的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗；其中，超声功率为250～300w，超声时间8～12min，超声至少2次。进一步地，将硅基底放入含有异丙醇的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗之后，还包括：将超声清洗完的硅基底，用氮气吹干燥，并将其放入干净的培养皿中。进一步地，在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜，包括：将吹干的硅基底置于旋涂仪旋涂转子上，抽取40～60微升复合聚合物溶液滴于硅基底上，然后开启旋涂仪进行旋涂，形成电致变色/绝缘复合材料薄膜；其中，旋涂转速为2500～3500r/min，旋涂加速度为500～1000r/min，，旋涂时间为50～70s。进一步地，所述硅基底和复合材料薄膜之间具有介电层，所述介电层为SiO2。进一步地，所述复合材料薄膜的总厚度180～220nm。进一步地，在所述复合材料薄膜表面蒸镀金作为金电极，形成金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件，包括：将旋涂成膜的具有复合材料薄膜的一面朝下，硅基底面朝上放置于蒸镀仪的蒸镀架上，将蒸镀架放在蒸镀仓中，开启蒸镀仓电源，蒸镀仓真空度为0.00001～0.00002Pa，开启金属加热电源，在复合材料薄膜表面蒸镀金电极，蒸镀结束后，取出即得金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件；其中，蒸镀金仓的速率为蒸镀厚度为40～60nm。采用本申请的技术方案的有益效果如下：本申请的一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，通过在硅基底上制备复合材料薄膜(调配复合材料薄膜中绝缘材料的占比，控制电阻率的变化)，并在复合材料薄膜表面蒸镀金作为金电极，形成金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件，利用紫外可见光谱测试所述结构器件的光谱信息，确定所述结构器件的光学透过率；利用测试仪测试仪测试所述结构器件在不同额定电压作用下的工作电流，获取所述结构器件在不同外施电压下的电阻率的值，确定所述结构器件的绝缘性能。通过调控最终获得绝缘性能与光谱特性最佳的金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件。...

【技术保护点】
1.一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜，其中，通过调控绝缘材料在复合材料薄膜中的配比，控制电阻率的变化；/n在所述复合材料薄膜表面蒸镀金作为金电极，形成金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件；/n利用紫外可见光谱测试所述结构器件的光谱信息，确定所述结构器件的光学透过率；/n利用Agilent Keysight B2900A Quick IV测试仪测试所述结构器件在不同额定电压作用下的工作电流，获取所述结构器件在不同外施电压下的电阻率的值，确定所述结构器件的绝缘性能；/n获取绝缘性能与光学透过率最佳的金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜，其中，通过调控绝缘材料在复合材料薄膜中的配比，控制电阻率的变化；
在所述复合材料薄膜表面蒸镀金作为金电极，形成金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件；
利用紫外可见光谱测试所述结构器件的光谱信息，确定所述结构器件的光学透过率；
利用AgilentKeysightB2900AQuickIV测试仪测试所述结构器件在不同额定电压作用下的工作电流，获取所述结构器件在不同外施电压下的电阻率的值，确定所述结构器件的绝缘性能；
获取绝缘性能与光学透过率最佳的金电极-聚合物薄膜-硅电极的三明治结构器件。


2.根据权利要求1所述的光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，其特征在于，在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜之前，还包括：
将等规导电聚合物P3BT和无规绝缘聚合物PS的混合物，溶于邻二氯苯溶液中，即得复合聚合物溶液；
等规导电聚合物P3BT的分子量为15～25KDa，分散系数为1.5～2.0；
无规绝缘聚合物PS的分子量为180～220KDa，分散系数为1.2～1.5。


3.根据权利要求2所述的光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，其特征在于，在硅基底上制备电致变色/绝缘复合材料薄膜之前，还包括：
将硅基底放入含有去离子水的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗；
其中，超声功率为250～300w，超声时间8～12min，超声至少2次。


4.根据权利要求3所述的光谱响应电致变色薄膜光谱特性与绝缘性能的调控方法，其特征在于，将硅基底放入含有去离子水的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗之后，还包括：
将硅基底放入含有丙酮的烧杯中，然后把烧杯放入超声清洗机中超声清洗；
其中，超声功率为250～300w，超声时间8～12min，超声至少2次。


5.根据权利要求4所述的光谱响应电致变色薄膜光谱特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂永杰，赵现平，刘荣海，朱远维，赵腾飞，李寒煜，邱方程，肖华根，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53