[發明專利]一種有機-無機復合電致變色薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201110186596.5
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102352109A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 涂江平;張俊;王秀麗;谷長棟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K3/22;C09K9/00;C03C17/23;C03C17/32;C08J7/04;C08G73/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種有機-無機復合電致變色薄膜及其制備方法。

背景技術

電致變色(Electrochromics，EC)是指材料的光學性能在外加電場的作用下發生可逆變化的現象。電致變色僅需要2V左右的電壓即可工作，開路狀態下可以保持原有著色或褪色狀態不變，因此耗能很少。電致變色器件(Electrochromic?devices，ECD)有望應用在建筑節能窗戶、汽車防眩光后視鏡、顯示設備、變透過率眼鏡、汽車天窗、以及航天器的表面溫度控制等。電致變色材料主要分為三種，即無機電致變色材料(一般是過渡金屬氧化物)、有機單分子變色材料(如普魯士藍，紫羅精，金屬酞菁類化合物等)、以及導電高分子材料(如聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩等)。作為一種無機電致變色材料，三氧化鎢(WO₃)的研究最充分，它具有顏色純正，化學性質穩定，與基底結合力強等優點，但同時也存在顏色變化單一和變色緩慢的缺點。相比而言，導電高分子材料則具有許多無機材料所不具備的優點，如顏色豐富、變色迅速、柔韌性好并且可通過分子設計方式優化其性能。在所有導電高分子電致變色材料中，聚苯胺(polyaniline，PANI)的使用前景最被看好。聚苯胺的特點是：合成簡單，單體便宜，性能可調，且具有比其他導電高分子材料更好的穩定性。聚苯胺由于在分子電子器件、太陽電池和電致變色領域的廣泛應用前景而成為研究熱點。但是，聚苯胺的缺點如相對較低的化學穩定性(對比無機材料而言)以及很差的加工性能限制了它在這些領域的應用。有機-無機復合/雜化材料由于能兼具兩種甚至更多種優越性能，引起人們極大的研究興趣。近年來，許多人致力于將金屬氧化物(如WO₃、TiO₂、NiO及ZnO等)填充進聚苯胺制備有機一無機復合薄膜。最常用的制備方法是電化學沉積法，包括電化學氧化聚合法、雙脈沖電沉積法以及循環伏安沉積法。另一種方法是先用表面化學聚合法或簡單混合法制備聚苯胺和氧化物的粉狀復合材料，然后將此兩相混合物溶于一定的有機溶劑再涂膜。這些方法均存在一些缺陷，例如聚苯胺和氧化物不能很好地鍵合，兩相混合不均，因此，需要提出一種新的制備方法來獲得性能優異的復合材料。

發明內容

本發明提供了一種有機-無機復合電致變色薄膜及其制備方法，該制備方法實現了聚苯胺與氧化物在分子層次的復合，避免了現有制備方法中兩相混合不均的缺陷，得到的薄膜具有光譜調節范圍大、顏色豐富和響應速度快的優點，同時，制備工藝控制方便，制造成本較低，易于實現工業化。

一種有機-無機復合電致變色薄膜，為聚苯胺與三氧化鎢的復合薄膜，其中含有5～80％質量分數的三氧化鎢，所述復合薄膜的厚度為50～300nm，表面具有納米棒陣列形貌。

上述的有機-無機復合電致變色薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將1份體積的含鎢元素濃度為1～5mol/L的過氧化鎢酸溶液與10份體積的0.01～0.1mol/L苯胺溶液充分混合；

(2)以表面經羥基化處理的ITO玻璃或者表面經羥基化處理的ITO/PET為基底，并將所述的基底垂直豎立并固定于反應容器中，然后將步驟(1)制備的混合溶液倒入所述的反應容器中并攪拌；

(3)將1份體積的0.05～0.5mol/L的過硫酸銨溶液，倒入到步驟(2)的反應容器中，攪拌下進行反應；

(4)反應完成后，將沉積有薄膜的基底從溶液中取出，用去離子水和乙醇沖洗后真空干燥，得到聚苯胺與三氧化鎢的復合薄膜。

步驟(1)中，所述的過氧化鎢酸溶液可通過以下方法配制：將過量的濃鹽酸滴入1mol/L的鎢酸鈉溶液中，至無新的沉淀產生。用去離子水洗滌沉淀，以1mol/L硝酸銀溶液滴入洗液檢測氯離子濃度，至洗液中氯離子濃度不產生氯化銀沉淀為止。洗滌后所得乳白色至淡黃色膠狀沉淀即為活性白鎢酸，將獲得的白鎢酸沉淀溶于30wt％過氧化氫溶液(按鎢元素與過氧化氫的摩爾比1∶2～1∶5)，加去離子水配置成含鎢濃度為1～5mol/L的過氧化鎢酸溶液，在0～20℃冷藏待用。

步驟(1)中，所述的苯胺溶液可通過以下方法配制：將苯胺溶于去離子水配制成0.01～0.1mol/L的溶液，在0～20℃環境中密封冷藏待用。

步驟(3)中，所述的過硫酸銨溶液可通過以下方法配制：將過硫酸銨溶于去離子水配置成0.05～0.5mol/L的溶液，在0～20℃環境中冷藏待用。