复合准固态聚合物电解质在电致变色器件中的探索与研发

发布时间：2020-05-13 00:42

【摘要】：电致变色是一种由外加电压引起材料的光吸收率、透过率和反射率的可逆变化的现象。伴随着电子和离子的可逆迁移,材料发生反应,产生明显颜色变化,这种材料即为电致变色材料。采用电致变色材料作为工作电极,以具有离子储存能力的材料作为对电极,电解质处于两层薄膜电极中间。二者以导电玻璃或者其他电极材料为基板,通过这种三明治结构制备的器件即为电致变色器件(Electrochromic device,ECD)。这种电致变色器件具有光学调制率高,能耗低,记忆效应长久等优点。如果匹配光传感器,即可实现智能调控器件在可见光区域的透过率,达到节能舒适的目的。电致变色器件目前已经在建筑外墙,智能窗和防眩目后视镜等领域实现了商业化应用。然而大部分电致变色器件所采用的电解质依旧为液态电解质,因其存在易挥发和易泄露的风险而不能广泛应用于实际中。本论文提出并讨论了一种新型复合准固态聚合物电解质的制备方法及其性能研究。采用粘性聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral,PVB)和改性聚乙二醇(Modified polyethylene glycol,mPEG)复合制备,通过探索材料的种类、浓度等因素对器件电致变色性能的影响,从而优化器件各项性能。具体内容如下:首先采用聚加成反应在聚乙二醇分子链终端接枝丙烯酸酯官能团,与高氯酸锂和光引发剂等混合均匀得到mPEG预聚物。然后采用低沸点溶剂挥发法制备出多孔PVB薄膜,将上述制备的mPEG预聚物真空灌入PVB薄膜的孔内,并与电致变色层和离子储存层制备出电致变色器件。实验表明,这种方法制备的电解质具有较好的粘附性,良好的光学清晰度(可见光区域透过率大于70%),离子电导率处于10-2 mS cm-1水平。研究发现当PVB含量为12wt%时,复合准固态聚合物电解质的粘接强度相比于mPEG电解质增加了 0.57倍。随后,我们采用聚3,4-(2,2-二甲基丙烯二氧基)噻吩(PProDOT-Me2)作为工作电极,锂钛共掺杂氧化镍(NiO)作为对电极,实验制备的复合准固态聚合物电解质作为中间离子导体制备出电致变色器件。相比于mPEG电解质制备的ECD,这种电致变色器件可从深蓝色转变为无色透明态,在585 nm处光学调制率达到43.81%,器件表现出了优异的稳定性,并能在经过20,000次循环后保持原始光学调制率的84%,本工作为固态聚合物电解质的进一步发展提供了参考。
【图文】：

舷窗,后视镜,防眩目,调光

色示例：（ａ）大型动态调光玻璃（ＳａｇｅＧｌａｓｓ）邋；邋（ｂ）汽车电后视镜；（ｃ）波音７８７梦想号智能变色舷窗逡逑时，对有限能源高效合理的应用也是科研工作者的一项球约３０％的能源消耗来自于建筑物的照明或调温等装置，的温度对流导致的能源损耗占比３０－４０％。我国门窗的年其能耗可见一斑。在此形势下，建筑相关行业迅速集中新，并推出了一系列因地制宜的节能产品或节能方案，

照片,噻吩并,光谱电化学,庚烯

图１．２电致变色薄膜聚（３，３－二乙基－３，，４－二氢－２Ｈ－二苯并噻吩）噻吩并［３，４－ｂ］邋［１，４］二氧杂环逡逑庚烯）的分子式，光谱电化学曲线以及变色照片［１，４］逡逑正如图１．２聚（３，３－二乙基－３，４－二氢－２１＂１－二苯并噻吩）噻吩并［３，４七］［１，４］二逡逑氧杂环庚烯）（ＰＰｒ0ＤＯＴ－Ｅｔ２）薄膜所示，共轭聚合物的掺杂过程和产生的光学逡逑透过率变化可以形象地通过光谱电化学曲线表征［１，４］。该聚合物在着色态（或逡逑中性态）下呈蓝紫色，并且在电化学氧化过程中转变为褪色态（或掺杂态），逡逑并呈现透明的淡蓝色。着色态下的ＰＰｒ0ＤＯＴ－Ｅｔ２在可见光区域有着极强的７ＷＩ＊逡逑吸收，带隙为１．７邋ｅＶ。初始氧化（ｐ－掺杂）在近红外区域（约９００邋ｎｍ）产生新逡逑的吸收带，这是以跃迁为代价的，并且归因于沿着聚合物链产生的极化子逡逑３逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】