聚苯胺电致变色织物的制备及其性状表征与分析

【摘要】随着科学技术的快速发展，智能化纺织品不只是停留在构思阶段，而且迅速步入实用化阶段，在信息、能源、电子、军事、日常生活等方面得到广泛的应用。将电致变色技术与纺织品相结合，尝试开发具有电致变色功能的织物，可广泛用于具有色彩响应行为的各类智能纺织品。电致变色织物的成功开发将带来巨大的学术价值和产业价值，推动智能材料的发展。本文以聚苯胺为变色材料，探索聚苯胺的导电和掺杂机理，研究聚苯胺合成工艺路线，以及电致变色织物的涂层复合工艺；并以镀铜导电布为基布，开发具有良好导电性和电致变色性能的涂层织物。将聚苯胺、电解质、基布和导电极等各层材料组装，以织物形态构建得到柔性电致变色器件，并研究电致变色器件中各层材料的制备过程与性能。通过对该装置施加电压及改变工作电压的大小，来观察织物电致变色现象和行为；本课题的研究重点之一是对电致变色织物进行形态结构表征和各项性能测试，研究聚苯胺合成工艺路线、涂层工艺路线、器件结构设计、导电织物选择以及封装等因素对聚苯胺电致变色织物的性能影响，优化电致变色织物的各项性能。本论文的研究内容与取得的成效主要涉及以下四方面：1)采用化学聚合法制备聚苯胺乳液，通过多次试验确定了合成聚苯胺的最佳反应条件为摩尔比值n（An/DBSA/APS）=1∶1.5∶1.5，反应温度为10-15℃。将聚苯胺乳液涂覆于ITO导电薄膜上，置0.1mol/LHCl溶液中，考察聚苯胺的电致变色性能。循环伏安特性曲线表明，在－1.5～+1.5V电压范围内,随着电压的升高,聚苯胺的结构发生从还原态到中间态再到氧化态的转变,并伴随着颜色从浅黄色到绿色再到蓝色的变化。2)电解质是电致变色器件的一个重要组成部分，它在电致变色层与离子储存层之间，起着传导离子和阻断电子的功能。聚甲基丙烯酸甲醋（PMMA）作为凝胶电解质（GPE）有高导电率、高光透过率、热力学和电化学性能稳定等优点。本文将PMMA溶于LiClO4-PC溶液中，在室温下得到透明均一的凝胶，该凝胶离子电导率为0.692×10-3S/cm，高分子量PMMA不但会提高凝胶体系的粘度而且可以保持较高的电导率，PMMA含量最高在23%左右。3)柔性电致变色器件与传统电致变色器件相比具有更广阔的应用前景，制约其制备及应用的关键在于柔性透明电极的选用及器件各层材料的封装。本文选用ITO导电薄膜作为透明导电层，聚苯胺作为电致变色层和离子存储层，PMMA基凝胶电解质作为离子导电层来制备对称结构的柔性电致变色器件。并对其进行电子扫描电镜、紫外光谱、循环伏安及电化学光谱等系列电化学性能测试。4)普通电致变色器件（ECD）一般有五层，位于最外面两层是透明导电层，两个次外层分别是电致变色层和离子存储层，中间层为离子导电层。将其中一层透明导电层用导电织物进行替代，并对电致变色器件结构进行重新设计，便可制备得到电致变色织物。导电织物作为电致变色器件的阴极，具有柔性、轻质、可穿着的特点。本文以镀铜导电布为器件阴极材料，研究与开发了聚苯胺电致变色织物，并对其进行系列电化学性能测试。
【作者】张邱平；
【导师】林兰天；辛斌杰；
【作者基本信息】上海工程技术大学，服装设计与工程，2013，硕士
【关键词】电致变色；聚苯胺；镀铜导电布；器件结构；特性分析；

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