一种黑色-高透射可逆转变的叠层聚合物薄膜及其制备方法和应用与流程

一种黑色
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高透射可逆转变的叠层聚合物薄膜及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及一种黑色
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高透射可逆转变的叠层聚合物薄膜及其制备方法和应用，该薄膜作为电致变色活性材料可适用于智能窗、汽车后视镜、平面显示以及可穿戴设备中。


背景技术：

2.电致变色(ec)，是指材料在外加电压下，随着电荷的注入/脱出以及离子的掺杂/脱掺杂，材料发生氧化/还原反应，其外观上颜色发生可逆变化的现象。当电致变色材料被制造在透明导电基底上并且施加电压时，可以清楚地观察到它们的颜色变化，且去除外加电压后，仍能长时间保持颜色不发生改变，因此可以用于节能显示领域。由于电致变色材料具有色彩丰富、能耗低等优点，正逐渐引起学术界和工业界的极大兴趣，其在智能窗、汽车后视镜、平面显示以及柔性可穿戴领域显示出巨大潜在的应用价值。
3.在现有的有机电致变色材料中，黑色的电致变色材料报道的比较少，其原因在于黑色电致变色材料要求聚合物必须实现对整个可见光区的全吸收(400nm
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800nm)，这对材料的设计和合成有非常高的要求。2008年，j.r.reynolds等人(nature materials,2008,7,795
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799)通过调节给体
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受体结构的方法，合成了第一个黑色的电致变色材料，然而美中不足的是该材料的合成过程比较繁琐而且不易控制。2016年，我国的徐春叶教授(new j.chem,2016,40,5231
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5237)通过溶液共混的方法制备了一种黑色显示的聚合物电致变色材料。该材料的制备相对简单，但是所制备的材料的电致变色性能较差，主要表现为光学对比度偏低，响应速度较慢。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种黑色显示的聚合物薄膜，该薄膜作为电致变色材料可实现颜色从黑色到透明的可逆转变，并且具有高的光学对比度，快的响应时间以及良好的循环稳定性；同时提供了制备该聚合物薄膜简单可控的方法；另外将所制备的聚合物薄膜作为电致变色活性材料应用于电致变色器件中如智能窗、汽车后视镜、平面显示以及可穿戴设备。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种黑色
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高透射可逆转变的叠层聚合物薄膜，通过如下方法制备：首先，配置1～10mg/ml的聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；其次，配制0.5～5mg/ml的单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)；然后，从单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)中取质量比为2:3～3:2的溶液配成红色单体和绿色单体的前体溶液；最后，在前体溶液中，利用循环伏安聚合法，在旋涂有聚合物薄膜的fto导电玻璃上再电沉积一层共聚物薄膜；
[0007][0008]
进一步，使用显示紫色的聚合物与电解溶剂配成聚合物溶液，命名为聚合物溶液(ⅰ)；将聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；在以旋涂有聚合物薄膜的fto导电玻璃为工作电极，以铂丝为对电极，以ag/agcl电极为参比电极的三电极体系中，使用分别显示红、绿的两种聚合前体与支持电解质和电解溶剂配成两种单体溶液，分别命名为单体溶液(ⅱ)，单体溶液(ⅲ)。
[0009]
配制的所述聚合物体溶液中，聚合物浓度为1～10mg/ml(优选3～8mg/l)；配制的所述单体溶液中，单体浓度为0.5～5mg/ml(优选1mg/ml～3mg/ml)，支持电解质的浓度为0.05～0.3mol/l(优选0.1～0.2mol/l)。
[0010]
一种黑色
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高透射可逆转变的叠层聚合物薄膜的制备方法，所述的制备方法按如下的步骤进行：首先，配置1～10mg/ml的聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；其次，配制0.5～5mg/ml的单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)；然后，从单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)中取质量比为2:3～3:2的溶液配成红色单体和绿色单体的前体溶液；最后，在前体溶液中，利用循环伏安聚合法，在旋涂有聚合物薄膜的fto导电玻璃上再电沉积一层共聚物薄膜；
[0011][0012]
所述的旋涂仪的旋转速度为1500rpm，旋涂时间为60s。
[0013]
所述的电解溶剂是二氯甲烷和乙腈按体积比3:2的混合溶剂。
[0014]
所述的循环伏安聚合法中的电压范围为
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1.0v～1.5v(优选
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0.6v～1.1v)，扫描速度为0.1v/s～0.5v/s(优选0.2v/s～0.3v/s)，聚合圈数为5～15圈(优选10圈)。
[0015]
所述的前体溶液中红色单体和绿色单体的质量比为2:3。
[0016]
本发明中，在前体溶液中，采用原位电化学聚合的方法在旋涂有聚合物薄膜的fto玻璃表面电沉积共聚物薄膜。进一步测试其电致变色性能包括光谱电化学，光学对比度，透射率。
[0017]
所述的叠层电致变色聚合物薄膜，在520nm处的光学对比度为37.8％。
[0018]
所述的叠层电致变色聚合物薄膜的应用，该薄膜作为一种黑色显示的电致变色材料使用。
[0019]
所述的叠层电致变色聚合物薄膜适用于智能窗、汽车后视镜、平面显示以及柔性可穿戴设备中。
[0020]
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：提供了一种制备黑色
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高透射可逆转变电致变色材料的方法，该方法简单、可控，所制备的黑色显示的聚合物电致变色材料展现出优异的电致变色性能，其有望被用于智能窗、汽车后视镜、平面显示以及柔性可穿戴设备中。
附图说明
[0021]
图1是实施例1和2中所使用的一种聚合物和两种聚合单体的分子结构；
[0022]
图2是实施例1中所制备的叠层聚合物薄膜在
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0.6～1.1v，扫描速度为0.2v/s时的循环伏安曲线；
[0023]
图3是实施例1中所制备的叠层聚合物薄膜在不同电压下的透过率；
[0024]
图4是实施例1中所制备的叠层聚合物薄膜在特定波长下的从
‑
0.2～0.9v多电位阶跃下透射率随时间变化的曲线；
[0025]
图5是实施例2中所制备的叠层聚合物薄膜在
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0.6～1.1v，扫描速度为0.2v/s时的循环伏安曲线；
[0026]
图6是实施例2中所制备的叠层聚合物薄膜在不同电压下的透过率；
[0027]
图7是实施例2中所制备的叠层聚合物薄膜在特定波长下的从
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0.2～0.9v多电位阶跃下透射率随时间变化的曲线。
[0028]
图8是实施例3中所制备的叠层聚合物薄膜在
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0.6～1.1v，扫描速度为0.2v/s时的循环伏安曲线；
[0029]
图9是实施例3中所制备的叠层聚合物薄膜在不同电压下的透过率；
[0030]
图10是实施例3中所制备的叠层聚合物薄膜在特定波长下的从
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0.2～0.9v多电位阶跃下透射率随时间变化的曲线。
[0031]
图11是实施例4中所制备的叠层聚合物薄膜在
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0.6～1.1v，扫描速度为0.2v/s时的循环伏安曲线；
[0032]
图12是实施例4中所制备的叠层聚合物薄膜在不同电压下的透过率；
[0033]
图13是实施例4中所制备的叠层聚合物薄膜在特定波长下的从
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0.2～0.9v多电位阶跃下透射率随时间变化的曲线。
具体实施方式
[0034]
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0035]
实施例1
[0036]
所使用的前体分子结构如图1所示。所配制的聚合物溶液(ⅰ)浓度为6mg/ml，单体溶液(ⅱ)，(ⅲ)浓度为1mg/ml，支持电解质为0.1m四丁基六氟磷酸铵，电解溶剂为二氯甲烷和乙腈的体积比为3:2的混合溶剂。叠层聚合物薄膜的制备：将聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；其次，将单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)取质量比为3:2的溶液配成红色单体和绿色单体的前体溶液；然后，利用循环伏安聚合法在前体溶液中制备叠层聚合物薄膜，聚合条件为：
‑
0.6v～1.1v，扫描速率为0.2v/s，聚合圈数为10圈。共聚物薄膜的电致变色性能测试：使用循环伏安法，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，测试薄膜的稳定性，数据处理结果如图2所示。使用电化学工作站与紫外
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可见分光光度仪联用装置，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，分别测试所制备的薄膜在不同电压下的紫外
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可见光吸收，以及在特定波长下的透射率和时间的关系，数据处理结果如图3和4所示。
[0037]
实施例2
[0038]
所使用的前体分子结构如图1所示。所配制的聚合物溶液(ⅰ)浓度为10mg/ml，单体溶液(ⅱ)，(ⅲ)浓度为5mg/ml，支持电解质为0.1m四丁基六氟磷酸铵，电解溶剂为二氯甲烷和乙腈的体积比为3:2的混合溶剂。叠层聚合物薄膜的制备：将聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；其次，将单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)取质量比为3:2的溶液配成红色单体和绿色单体的前体溶液；然后，利用循环伏安聚合法在前体溶液中制备叠层聚合物薄膜，聚合条件为：
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0.6v～1.1v，扫描速率为0.2v/s，聚合圈数为10圈。共聚物薄膜的电致变色性能测试：使用循环伏安法，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，测试薄膜的稳定性，数据处理结果如图5所示。使用电化学工作站与紫外
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可见分光光度仪联用装置，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，分别测试所制备的薄膜在不同电压下的紫外
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可见光吸收，以及在特定波长下的透射率和时间的关系，数据处理结果如图6和7所示。
[0039]
实施例3
[0040]
所使用的前体分子结构如图1所示。所配制的聚合物溶液(ⅰ)浓度为1mg/ml，单体溶液(ⅱ)，(ⅲ)浓度为0.5mg/ml，支持电解质为0.1m四丁基六氟磷酸铵，电解溶剂为二氯甲烷和乙腈的体积比为3:2的混合溶剂。叠层聚合物薄膜的制备：将聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；其次，将单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)取质量比为2:3的溶液配成红色单体和绿色单体的前体溶液；然后，利用循环伏安聚合法在前体溶液中制备叠层聚合物薄膜，聚合条件为：
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0.6v～1.1v，扫描速率为0.2v/s，聚合圈数为10圈。共聚物薄膜的电致变色性能测试：使用循环伏安法，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，测试薄膜的稳定性，数据处理结果如图8所示。使用电化学工作站与紫外
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可见分光光度仪联用装置，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，分别测试所制备的薄膜在不同电压下的紫外
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可见光吸收，以及在特定波长下的透射率和时间的关系，数据处理结果如图9和10所示。
[0041]
实施例4
[0042]
所使用的前体分子结构如图1所示。所配制的聚合物溶液(ⅰ)浓度为6mg/ml，单体溶液(ⅱ)，(ⅲ)浓度为1mg/ml，支持电解质为0.1m四丁基六氟磷酸铵，电解溶剂为二氯甲烷
和乙腈的体积比为3:2的混合溶剂。叠层聚合物薄膜的制备：将聚合物溶液(ⅰ)，均匀地滴到fto导电玻璃上，通过旋涂仪旋涂制备聚合物薄膜；其次，将单体溶液(ⅱ)和单体溶液(ⅲ)取质量比为1:1的溶液配成红色单体和绿色单体的前体溶液；然后，利用循环伏安聚合法在前体溶液中制备叠层聚合物薄膜，聚合条件为：
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0.6v～1.1v，扫描速率为0.2v/s，聚合圈数为10圈。共聚物薄膜的电致变色性能测试：使用循环伏安法，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，测试薄膜的稳定性，数据处理结果如图11所示。使用电化学工作站与紫外
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可见分光光度仪联用装置，在0.1m四丁基六氟磷酸铵/乙腈溶液中，分别测试所制备的薄膜在不同电压下的紫外
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可见光吸收，以及在特定波长下的透射率和时间的关系，数据处理结果如图12和13所示。