柔性透明复合薄膜电极的制备及其在可穿戴电致变色器件中的应用与性能研究

发布时间：2020-04-05 07:30

【摘要】：电致变色器件(ECD)由于其颜色多样、可控性强以及能耗低等优势,在温控智能窗户、新型显示屏、电子书以及智能可穿戴等领域有着广泛的应用前景。近年来,随着电子器件向小型化、柔性化、轻量化发展,可弯曲的ECD受到广泛的关注。然而,目前广泛用于ECD的氧化铟锡(ITO)导电膜存在价格高、易碎、不耐弯折等缺点,严重阻碍了柔性ECD的发展。在众多的ITO导电膜的替代材料中,金属纳米网格导电膜因其优异的机械柔性和导电透光性能受到极大的关注,然而由于易受空气、温度等环境影响发生腐蚀,限制了其在柔性ECD中的应用。基于此,本工作从以下两个方面来研制超薄、高柔性、性能优异的ECD。首先,本工作利用静电纺丝与真空镀膜的方法,制备出网络状的银纳米丝(Ag NN)。该纳米丝特有的中空槽状结构能够大大提高导电薄膜的机械耐弯折与拉伸的能力。同时纳米丝具有极高的长径比,可大大减少纳米丝之间的节点数,提高薄膜的电导率。其次,为了提高Ag NN薄膜的结合力和化学稳定性,本工作成功构筑WO_3/AgNN/PEDOT:PSS的“三明治”结构复合柔性ECD电极。W03底层的引入可有效提高薄膜的结合力,而PEDOT:PSS顶部涂层的使用,可大幅度提高薄膜的化学稳定性。经过优化,“三明治”结构复合ECD电极具有良好的透光导电性能,在平均透光率88.8%时,薄膜的方块电阻低至7.9Ω sq-1。复合薄膜在5 mm曲率半径的弯折度下重复弯曲5000次,其方阻仅增大了 1.77 Ωsq-1;当拉伸至形变100%时,其方阻仅增大了 7.04 Ωsq-1;在扭曲720°的情况下依然保持良好的导电性。在ECD的应用中,WO_3/AgNN/PEDOT:PSS/WO_3复合电致变色薄膜经过3000圈循环伏安测试后依然保持较好的稳定性;着、褪色时间分别低至1.82、0.75 s;具有良好的循环稳定性,在三电极系统中循环30000 s之后,依然保持初始状态86%的光学对比度。电致变色薄膜成功在PET、PE家用保鲜膜、PDMS和Ecoflex基底上构筑,可在不同的柔性基底表面制备ECD。最后,该柔性ECD可作为电容器进行能量的存储,在恒电流阶跃测试电容充放电稳定性中,表现出优异的电化学稳定性和比电容量。
【图文】：

碳纳米管,结构示意图

１．２．２碳纳米管逡逑碳纳米管（Ｃａｒｂｏｎ邋Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）是厚度有一层或多层单原子层厚的薄片，逡逑具有开放或者封闭端口的无缝圆柱形纳米结构，如图１－２所示。碳纳米管第一次逡逑被实验观察是在２０世纪９０年代初期１Ｍ。随后的十年间，又对碳纳米管的基本逡逑传输特性进行了研宄［３２＿３４】。逡逑＜逦＾邋＾逦？逡逑１－２邋ｎｍ逦２－２５邋ｎｍ逡逑图１－２碳纳米管结构示意图Ｍ逡逑研究发现单个碳纳米管中，具有超过１００邋000邋ｃｍ２邋Ｖｆ的电子迁移率１３６１、１０９逡逑Ａｃｍ＿２的电流承载量【３７］，以及超过１０５的电流开关比［３８］。这些令人惊奇的电学、逡逑光学、机械性能让人们对碳纳米管寄予厚望。在自然条件下，碳纳米管呈现出良逡逑３逡逑

碳纳米管,导电膜,弹性

１．２．２碳纳米管逡逑碳纳米管（Ｃａｒｂｏｎ邋Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）是厚度有一层或多层单原子层厚的薄片，逡逑具有开放或者封闭端口的无缝圆柱形纳米结构，如图１－２所示。碳纳米管第一次逡逑被实验观察是在２０世纪９０年代初期１Ｍ。随后的十年间，又对碳纳米管的基本逡逑传输特性进行了研宄［３２＿３４】。逡逑＜逦＾邋＾逦？逡逑１－２邋ｎｍ逦２－２５邋ｎｍ逡逑图１－２碳纳米管结构示意图Ｍ逡逑研究发现单个碳纳米管中，具有超过１００邋000邋ｃｍ２邋Ｖｆ的电子迁移率１３６１、１０９逡逑Ａｃｍ＿２的电流承载量【３７］，，以及超过１０５的电流开关比［３８］。这些令人惊奇的电学、逡逑光学、机械性能让人们对碳纳米管寄予厚望。在自然条件下，碳纳米管呈现出良逡逑３逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TN389

【参考文献】