一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层及制备方法技术

一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层及制备方法，采用导电高分子预先掺杂控制、多层复合光电匹配的方式有效降低了电致变色起始电压，提高电致变色活性层的反射率和发射率的变化范围。制备的电致变色涂层直流驱动，驱动电压小于2V，反射率变化大于0.4，发射率变化大于0.25，经历100次正负100度温度交变后涂层反射率发射率变化仍满足上述指标，基本满足航天飞行器智能热控需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变发射率、变反射率电致变色导电高分子热控涂层及制备方法， 属于智能热控涂层制备

技术介绍
热控涂层材料是实现航天器长期暴露在太阳光或在太阳光不能到达的宇宙空间的安全运行，保证舱内温度的有效调控的关键材料。传统热控涂层的太阳光谱反射特性或红外发射特性是固定的，无法跟随环境温度变化而变化，难以满足航天器在太阳正面和背面的自适应温控需求。反射率发射率可调电致变色热控涂层材料正好弥补传统热控涂层的上述缺点，该涂层材料在电压或电流调控能下可以根据环境条件变化调节自身发射率或反射率值，具有自适应智能热控的功能，对提高航天器热控系统自主管理能力具有重要意义； 可广泛应用于军用通讯、导航、侦察和小卫星等军用航天器热控领域。随着空间技术的发展，新型航天器逐步向结构复杂化、体积小型化、功能多样化、电功率大型化等方向发展，对有较强适应性的智能型热控材料的需求也越来越强烈，电致变色智能热控涂层材料的应用领域也将不断扩大。自上个世纪90年代以来，随着导电高分子的出现，电致变色材料与器件引起了人们的极大关注。J.R.雷诺兹等人(PCT/US2002/037524)采用聚噻吩、N取代聚吡咯等两种互补聚合物、Fc/Fc+作为电解质，经过匹配制备了多层聚合物电致变色装置，该装置亮度可由100%降低到55%，并对对电致变色窗的颜色、和环境稳定性进行了研究。陈文益 (ZL200410046246. 9)制备了联吡啶四氟硼酸盐/聚甲基丙烯酸甲酯/Ferrocence电致还原变色材料，采用两层透明基材制备了可应用于汽车自动防眩后视镜及自动遮光板。王聪、 王天民等(ZL200710179549. 1)采用磁控溅射成膜的方法制备了导电玻璃/氧化钨/偏硼酸锂(硫酸锂)/镍氧化物/掺锡氧化铟多层膜全固态无机电致变色元件，该器件在可见光 400-800nm透过率变化约为25%。张诚、华诚等(申请号200910100226. 8)等采用电化学氧化聚合方法，制备了聚噻吩电致变色共聚物，实现了 -0. 8v 1. 4v从红绿蓝三色变化。金利通、庞月红等(申请号200710171097. 2)采用纳米银与三氧化钨二氧化钛复合的方法制备了电致变色复合材料，其透过率变化约为20%。上述研究大多采用电化学氧化聚合或真空镀膜的方法制备适用于民用汽车防眩的变色材料，主要侧重于材料制备工艺、材料颜色及透过率变化研究，针对智能热控涂层所必须的反射率和发射率变化研究则相对较少，尤其是适用于大面积、柔性、更具应用前景的喷涂工艺尚未提及。总之，导电高分子电致变色材料具有启动电压低、能耗小、工艺性好、适合大面积成型等特点，在民用汽车的防眩目、遮光板等领域具有广泛的应用前景。同时也可以将其自身颜色变化对应的近红外波段的反射特性和热红外波段的辐射特性变化引入卫星等航天器的热控涂层领域，依据电致变色涂层的光谱性能变化实现热控涂层的发射率和发射率调控，进而实现热控涂层的环境自适应性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于卫星等航天器热控领域所需的变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层和制备方法。本专利技术涂层具有初始反射率、发射率可调，且电致变色前后反射率、发射率大的特点。本专利技术的技术解决方案是一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，采用多层复合结构，多层复合结构从下至上依次为衬底层、电极层、电解质层、多孔支撑层、电致变色活性层和环境封装层，在电极层与电解质层之间和电致变色活性层与环境封装层之间安装一对辅助电极，其中，衬底层和环境封装层为玻璃、石英、聚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或有机硅树脂，电极层和辅助电极为金、铝、银、钙或铟锡氧化物ΙΤ0，电解质层的导电物质为高氯酸锂、离子液体、三氟甲基磺酸锂或氯化钠，多孔支撑层为聚烯烃多孔电池隔膜、三氧化二铝多孔膜或多孔金膜，电致变色活性层为聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯中的一种或两种复合。所述的电致变色活性层厚度不大于200um。所述的电解质层的电导率为10_7 10_4S/Cm。所述的辅助电极的宽度不大于0. Icm0所述的多孔支撑层厚度为2 200um，孔径为IOnm lOOum。所述的离子液体包括[emim]BF4、[emim]PF6、[emim]CF3COO或[emim]CF3S03。一种制备变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层的方法，其特征在于通过以下步骤实现第一步，利用步骤Al. 1 Al. 2或步骤Bi. 1 Bi. 2制备电致变色活性层，Al. 1、将摩尔比为4 96 96 4的苯胺和二苯胺的混合物、3，4_乙撑二氧噻吩或3-羟乙氧基吡咯中的一种或两种溶解于摩尔浓度为0. 01 0. 5M的硫酸中配置成摩尔浓度为0. 2 0. 8M的混合液；Al. 2、在步骤Al. 1得到混合液中加入摩尔浓度为0. 2 0. 8M的掺杂剂，在恒电压 0. 1 1. 2v下，以Pt为对电极、饱和Ag/Agcr为参比电极，沉积时间30min 6h，在多孔支撑层上电沉积得到厚度为0. 4 IOOum的电致变色活性层；Bi. 1、将聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯中的一种或两种溶解于间甲酚、甲基吡咯烷酮溶剂或N，N- 二甲基甲酰胺溶剂中，配置得到摩尔浓度为0. 01 IM的聚合物溶液；Bi. 2、在步骤Bi. 1得到的聚合物溶液中加入摩尔浓度为0. 01 IOM的掺杂剂，研磨分散均勻后采用喷涂方法，在多孔支撑层上制备厚度为0. Ium 200um的电致变色活性层；第二步，制备电解质层，A2. 1、将金、铝、银、钙或铟锡氧化物ITO通过溅射在衬底层上形成电极层；A2. 2、将离子介质组份与导电组份溶解于碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC或碳酸二甲酯DMC和碳酸二乙酯DEC的混合液中制备得到摩尔浓度为0. 001 IOM的溶液，其中离子介质组份为聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)PVDF-HFP中的一种或一种以上的混合物，导电组份为Lia04、NaC104、LiCF3SO3、其他种类的锂盐或其他种类的钠盐中的一种或一种以上混合物；A2. 3、在步骤A2. 2得到的溶液中加入四氢呋喃、丙酮或醋酸丁酯溶剂得到混合溶液；A2. 4、将混合溶液加热至不低于60°C，搅拌均勻；A2. 5、将步骤A2. 4得到的混合溶液采用流延法得到电导率在10_7 10_4S/cm电解质薄层，将电解质薄层放置在电极层通过热压得到电解质层或将步骤A2. 4得到的混合溶液通过喷涂在电极层形成电导率在10_7 10_4S/cm的电解质层；第三步，将第一步得到的制备了电致变色活性层的多孔支撑层、第二步制备了电解质层的电极层和衬底层、辅助电极和环境封装层通过层压复合在一起，得到变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层。所述步骤A2. 2中导电组份还包括离子液体。所述步骤Al. 2和步骤Bi. 2中掺杂剂为聚磺酸钾、樟脑磺酸、聚甲基苯磺酸钾盐、 高氯酸锂、硫酸或盐酸。本专利技术与现有技术相比有益效果为(1)本专利技术采用多层光学匹配和电匹配的控制技术，通过电压调节实现了电致变色器件的电致变色和反射率、发射率的可控变化；(2)本专利技术通过导电高分子的预掺杂控制和多孔电极的应用，有效降级了载流子传输的势垒，降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于：采用多层复合结构，多层复合结构从下至上依次为衬底层（１）、电极层（２）、电解质层（３）、多孔支撑层（４）、电致变色活性层（５）和环境封装层（６），在电极层（２）与电解质层（３）之间和电致变色活性层（５）与环境封装层（６）之间安装一对辅助电极（７），其中，衬底层（１）和环境封装层（６）为玻璃、石英、聚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或有机硅树脂，电极层（２）和辅助电极（７）为金、铝、银、钙或铟锡氧化物ＩＴＯ，电解质层（３）的导电物质为高氯酸锂、离子液体、三氟甲基磺酸锂或氯化钠，多孔支撑层（４）为聚烯烃多孔电池隔膜、三氧化二铝多孔膜或多孔金膜，电致变色活性层（５）为聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯中的一种或两种复合。

【技术特征摘要】
1.一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于采用多层复合结构， 多层复合结构从下至上依次为衬底层(1)、电极层(2)、电解质层(3)、多孔支撑层(4)、电致变色活性层(5)和环境封装层(6)，在电极层(2)与电解质层(3)之间和电致变色活性层 (5)与环境封装层(6)之间安装一对辅助电极(7)，其中，衬底层(1)和环境封装层(6)为玻璃、石英、聚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、 聚碳酸酯、聚氨酯或有机硅树脂，电极层(2)和辅助电极(7)为金、铝、银、钙或铟锡氧化物 ΙΤ0,电解质层(3)的导电物质为高氯酸锂、离子液体、三氟甲基磺酸锂或氯化钠，多孔支撑层(4)为聚烯烃多孔电池隔膜、三氧化二铝多孔膜或多孔金膜，电致变色活性层(5)为聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯中的一种或两种复合。2.根据权利要求1所述的一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于所述的电致变色活性层(5)厚度不大于200um。3.根据权利要求1所述的一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于所述的电解质层⑶的电导率为10_7 10_4S/Cm。4.根据权利要求1所述的一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于所述的辅助电极(7)的宽度不大于0. Icm05.根据权利要求1所述的一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于所述的多孔支撑层(4)厚度为2 200um，孔径为IOnm IOOum。6.根据权利要求1所述的一种变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层，其特征在于所述的离子液体包括[emim]BF4、[emim]PF6、[emim]CF3COO 或[emim]CF3S03。7.一种制备权利要求1所述的变发射率、变反射率电致变色智能热控涂层的方法，其特征在于通过以下步骤实现第一步，利用步骤Al. 1 Al. 2或步骤Bi. 1 Bi. 2制备电致变色活性层(5)，Al. 1、将摩尔比为4 96 96 4的苯胺和二苯胺的混合物、3，4-乙撑二氧噻吩或 3_羟乙氧基吡咯中的一种或两种溶解于摩尔浓度为0.01 0. 5M的硫酸中配置成摩尔浓度为0. 2 0. 8M的混合液；Al. 2、在步骤Al. 1得到混合液中加入摩尔浓度为0. 2 0. 8M的掺杂剂，在恒电压 0. 1 1. 2v下，以Pt为对电极、饱...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢鹉，孙明明，史建中，曾一兵，李颖，罗正平，詹磊，付大光，李季，王献红，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：11