基于离子凝胶电解质的电致变发射率器件制备及性能研究
发布时间：2021-08-16 21:47
电致变色是在外加电场的作用下,材料的光学吸收率、透过率、反射率或发射率发生可逆变化的现象。随着科学技术的快速发展,电致变色技术在智能窗、汽车后视镜、显示器等民用领域具有良好的应用前景。此外电致变色器件可变的红外发射率调节能力使得它在卫星智能热控和动态军事伪装领域的应用也逐渐受到关注。在电致变发射率器件中,电解质作为离子传输通道,对器件的循环稳定性、红外发射率调制能力和响应时间等有重要影响。近年来,由聚合物基体和高导电的离子液体组成的离子凝胶电解质同时具备高分子材料和离子液体的优点,有望解决传统电解质存在的问题,但将离子凝胶电解质应用于电致变发射率器件的研究几乎没有报道。因此,研究高性能离子的凝胶电解质对电致变发射率器件的实际应用有着重要意义。采用聚苯胺薄膜作为器件的发射率调节层。首先,研究了不同离子液体体系对聚苯胺薄膜循环稳定性和氧化还原行为的影响。通过对在不同离子液体中循环的聚苯胺薄膜的氧化和还原态进行XPS分析,阐明聚苯胺在氧化还原过程中的离子嵌入/脱出机制。此外,结果表明在离子液体中掺杂锂盐不仅会提高聚苯胺薄膜的电化学活性,还会提高薄膜的红外发射率调节能力。聚苯胺薄膜在BMIBF...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型导电
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4构，不溶于有机溶剂，难以应用，但这启发了许多研究人员开始研究PTh的衍生物。其中聚3,4–乙烯二氧噻吩（PEDOT）是研究最广泛且电致变色性能较好的一种衍生物。1994年研究人员开始对PEDOT的电致变色性能进行研究，PEDOT在电化学掺杂时呈现高透过的天蓝色，在电化学去掺杂时呈现深蓝色。PEDOT相对于PTh具有溶解性好、电导率高、稳定性好等优势，但其稳定性和加工性能较差。PPy及其衍生物也被广泛应用于电致变色领域。PPy可从氧化态的的蓝紫色变为还原态的黄绿色。PPy具有合成简便、环境稳定性良好，可以通过在合成期间改变掺杂剂的种类来改变其表面电荷特性的优点[32]。(a)PEDOT(b)PPy图1-1典型导电聚合物的结构式聚苯胺及其衍生物是导电聚合物中研究最多的。它的分子结构模型如图所示：图1-2聚苯胺的分子结构模型聚苯胺的结构中y值代表了聚苯胺的氧化状态。当y=0时，聚苯胺处于苯式结构和醌式结构交替出现的完全氧化状态；当y=0.5时，聚苯胺处于中间氧化态，为苯二胺和醌二亚胺的交替结构；当y=1时，聚苯胺完全由苯式结构组成，处于完全还原态。本征态聚苯胺基本上是不导电的，因此要将其进行质子酸掺杂，增大其电导率。质子酸掺杂时，分子链上的亚胺氮原子首先发生质子化，生成极化子使掺杂价带上出现空穴，分子内醌环消失，电子云重新分布，氮原子上的正电荷离域到大共轭π键中，聚苯胺产生导电性[33]。其掺杂机理模型如下图所示：
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5图1-3聚苯胺掺杂导电机理[33]聚苯胺在不同的氧化还原状态下拥有不同的颜色，可从完全还原态的黄色变为部分掺杂氧化态的绿色，未掺杂部分氧化态的蓝色和完全氧化态的紫色。聚苯胺合成简便、成本低、导电性好，具有多种颜色变化，因此是导电聚合物中研究最为广泛的。1.3电致变发射率器件简介1.3.1电致变发射率器件的结构电致变色器件通常是由透明电极层、离子存储层、离子传导层、电致变色层和透明电极层组成的。透明电极层一般采用锡掺杂氧化铟（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）等，作用是导电，为电致变色提供电常离子存储层又称为对电极层，它的作用是存储对离子，平衡电荷。离子传导层又称电解质层，它是电致变色层与离子存储层之间的离子通道，起到传输离子，阻隔电子的作用。应用于电致变色器件的电解质应满足以下要求：（1）较高的离子电导率，一般大于0.1mS/cm；（2）较低的电子电导率；（3）较好的电化学稳定性。电解质分为液体、固体和凝胶三种。液体电解质一般由锂盐和电解液组成，电导率高但易泄露；固体电解质由聚合物与电解液组成，稳定性好，易封装但电导率低；凝胶电解质由聚合物与电解液组成，电导率高且易封装，因此凝胶电解质在电致变色领域的应用愈发广泛。电致变色层是电致变色器件的核心，主要由电致变色材料组成，应具有较高的电导率和光谱调制范围。目前应用最为广泛的电致变色器件都是由这五层结构组成的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物电解质在电池中的应用及其研究进展[J]. 张纳,王飞,宗传晖,孙熠昂,李爱香. 山东理工大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]All-solid-state electrochromic devices based on WO3‖NiO films: material developments and future applications[J]. Ding Zhou,Dong Xie,Xinhui Xia,Xiuli Wang,Changdong Gu,Jiangping Tu. Science China（Chemistry）. 2017(01)
[3]红外发射率可变材料在航天器热控技术中的应用[J]. 刘东青,程海峰,郑文伟,张朝阳. 国防科技大学学报. 2012(02)
[4]聚合物电解质性能表征的常用方法[J]. 高鹏,韩家军,李宁. 电池工业. 2008(06)
[5]微小卫星热控关键技术研究[J]. 潘增富. 航天器工程. 2007(02)
[6]锂离子电池凝胶聚合物电解质改性的研究现状[J]. 陈芳,马晓燕,屈小红,黄韵,姚雪丽. 高分子通报. 2006(10)
[7]聚苯胺的掺杂及其导电性能研究[J]. 张柏宇,高治,苏小明. 石化技术与应用. 2005(01)
[8]室温离子液体的研究进展[J]. 张静. 北京服装学院学报. 2002(01)
本文编号：3346455
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型导电
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4构，不溶于有机溶剂，难以应用，但这启发了许多研究人员开始研究PTh的衍生物。其中聚3,4–乙烯二氧噻吩（PEDOT）是研究最广泛且电致变色性能较好的一种衍生物。1994年研究人员开始对PEDOT的电致变色性能进行研究，PEDOT在电化学掺杂时呈现高透过的天蓝色，在电化学去掺杂时呈现深蓝色。PEDOT相对于PTh具有溶解性好、电导率高、稳定性好等优势，但其稳定性和加工性能较差。PPy及其衍生物也被广泛应用于电致变色领域。PPy可从氧化态的的蓝紫色变为还原态的黄绿色。PPy具有合成简便、环境稳定性良好，可以通过在合成期间改变掺杂剂的种类来改变其表面电荷特性的优点[32]。(a)PEDOT(b)PPy图1-1典型导电聚合物的结构式聚苯胺及其衍生物是导电聚合物中研究最多的。它的分子结构模型如图所示：图1-2聚苯胺的分子结构模型聚苯胺的结构中y值代表了聚苯胺的氧化状态。当y=0时，聚苯胺处于苯式结构和醌式结构交替出现的完全氧化状态；当y=0.5时，聚苯胺处于中间氧化态，为苯二胺和醌二亚胺的交替结构；当y=1时，聚苯胺完全由苯式结构组成，处于完全还原态。本征态聚苯胺基本上是不导电的，因此要将其进行质子酸掺杂，增大其电导率。质子酸掺杂时，分子链上的亚胺氮原子首先发生质子化，生成极化子使掺杂价带上出现空穴，分子内醌环消失，电子云重新分布，氮原子上的正电荷离域到大共轭π键中，聚苯胺产生导电性[33]。其掺杂机理模型如下图所示：
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5图1-3聚苯胺掺杂导电机理[33]聚苯胺在不同的氧化还原状态下拥有不同的颜色，可从完全还原态的黄色变为部分掺杂氧化态的绿色，未掺杂部分氧化态的蓝色和完全氧化态的紫色。聚苯胺合成简便、成本低、导电性好，具有多种颜色变化，因此是导电聚合物中研究最为广泛的。1.3电致变发射率器件简介1.3.1电致变发射率器件的结构电致变色器件通常是由透明电极层、离子存储层、离子传导层、电致变色层和透明电极层组成的。透明电极层一般采用锡掺杂氧化铟（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）等，作用是导电，为电致变色提供电常离子存储层又称为对电极层，它的作用是存储对离子，平衡电荷。离子传导层又称电解质层，它是电致变色层与离子存储层之间的离子通道，起到传输离子，阻隔电子的作用。应用于电致变色器件的电解质应满足以下要求：（1）较高的离子电导率，一般大于0.1mS/cm；（2）较低的电子电导率；（3）较好的电化学稳定性。电解质分为液体、固体和凝胶三种。液体电解质一般由锂盐和电解液组成，电导率高但易泄露；固体电解质由聚合物与电解液组成，稳定性好，易封装但电导率低；凝胶电解质由聚合物与电解液组成，电导率高且易封装，因此凝胶电解质在电致变色领域的应用愈发广泛。电致变色层是电致变色器件的核心，主要由电致变色材料组成，应具有较高的电导率和光谱调制范围。目前应用最为广泛的电致变色器件都是由这五层结构组成的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物电解质在电池中的应用及其研究进展[J]. 张纳,王飞,宗传晖,孙熠昂,李爱香. 山东理工大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]All-solid-state electrochromic devices based on WO3‖NiO films: material developments and future applications[J]. Ding Zhou,Dong Xie,Xinhui Xia,Xiuli Wang,Changdong Gu,Jiangping Tu. Science China（Chemistry）. 2017(01)
[3]红外发射率可变材料在航天器热控技术中的应用[J]. 刘东青,程海峰,郑文伟,张朝阳. 国防科技大学学报. 2012(02)
[4]聚合物电解质性能表征的常用方法[J]. 高鹏,韩家军,李宁. 电池工业. 2008(06)
[5]微小卫星热控关键技术研究[J]. 潘增富. 航天器工程. 2007(02)
[6]锂离子电池凝胶聚合物电解质改性的研究现状[J]. 陈芳,马晓燕,屈小红,黄韵,姚雪丽. 高分子通报. 2006(10)
[7]聚苯胺的掺杂及其导电性能研究[J]. 张柏宇,高治,苏小明. 石化技术与应用. 2005(01)
[8]室温离子液体的研究进展[J]. 张静. 北京服装学院学报. 2002(01)
本文编号：3346455
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3346455.html
