聚苯胺电致变色织物的研究与开发.pdf

聚苯胺电致变色织钤的砰究与发
口常龙威口周炳海口张邱平
1.同济大学机械与能源工程学院上海200092
2.上海市纺织科学研究院上海200082
摘要: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。
关键词:聚苯胺镀铜导电布电致变色器件性能测试
中图分类号:TS155
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2015)06-0022-04
Abstract: It takes copper-plating conductive fabric as the cathode material to develop the polyaniline electrochromic fabric
and carry out a series of electrochemical performance tests via electronic scanning by microscopy, ultraviolet spectroscopy,
cyelic voltammetry and electrochemical spectroscopy etc
Key Words: Polyaniline Copper-plating Conductive Fabli Electrochromism Device Performance Test
电致变色织物是指在电场的作用下能改变颜色的1.1实验仪器与设备
织物,目前对它的研究思路主要有两条:一是直接研究
实验使用的主要仪器与设备见表1
制造出较长的柔性电致变色聚合物纤维,然后纺织成1.2实验原料
织物;二是将电致变色器件中的一侧电极用导电织
实验使用的原料见表2,实验用水均为去离子水。
物替代来制备电致变色织物,再利用导电聚合物薄膜
表2实验原料
组装成大面积的电致变色器件。导电布是指以纤维布
原料名称
材料来源
为基底,经过前置处理后,使用镀层技术使其具有金属
聚苯胺乳液
自行合成2
特性而成为导电纤维布?,导电布的选择对电致变色PMA基凝胶电解质
自行合成
效应影响极大。
ITO导电薄膜
珠海凯为电子元器件有限公司
镀铜导电布
由本校化工实验室自行提供
1实验部分
1.3实验步骤
目前,国内在采用织物电极构造反射型电致变色
(1)准备好mTO薄膜和镀铜导电布。
织物方面上的研究还处于实验研究的起步阶段。本文
(2)在TO薄膜上涂覆聚苯胺,再在IIO薄膜和
将电致变色器件中的一侧透明导电层用导电织物进行镀铜导电布上涂覆电解质,将两样品压紧,去除气泡
替代,使导电织物作为电致变色器件的阴极,并对电致密封器件。
变色器件结构进行重新设计,便可制备得到电致变色
(3)放在60℃烘箱中加热2~3h,制备得到聚苯
织物,它具有柔性、轻质、可穿着的特点。色彩对比度、胺电致变色织物。
着色效率、显色响应时间以及光记忆等是评价电致变
此时整个电致变色器件结构为:ITO薄膜+PANI+
色的重要参数。
PMMA基凝胶电解质+镀铜导电布,由镀铜导电布取代
表1主要仪器与设备
一侧电极。
仪器名称
型号
生产产家
电热恒温鼓风干燥箱DHC-9075A型上海一恒科技有限公司
方阻仪
DMR-1C型
南京达明仪器有限公司
电化学分析仪
CHI 600D
上海辰华仪器公司
紫外-可见分光光度计UV-3600
上海天普紫外可见分光
光度计有限公司
上海凯美特功能陶瓷技
匀胶机
KW-4A
术有限公司
(a)TO薄膜+PANH+PMMA基凝(b)mO薄膜+PANI+PMMA基凝
国家自然科学基金资助项目(编号:61273035,71471135)
胶电解质+PAN+镀铜导电布
胶电解质+镀铜导电布
收稿日期:2014年12月
▲图1两种设计方案下的聚苯胺电致变色织物
2
2015/6
机械制造53卷第610期
按照图1(a)设计方案制备的聚苯胺电致变色织2.3紫外ー可见分光光度计测试
物,加工困难,聚苯胺高聚物与镀铜导电布结合困难,
镀铜导电布为器件与外电源之间提供电接触,因
粘合力极小,有渗透现象,需反复涂覆,最终在镀铜导此必须具备较高的电导率。由于织物本身的颜色为金
电布表面形成的聚苯胺膜厚薄不匀,电致变色效果较属红,在迅速传达电致变色效应时,所呈现出的颜色变
差。因此,对器件组装方案作了改进,并进行部分探索化便不同于一般的电致变色器件。现对镀铜导电布以
性实验,以期得到良好的电致变色效应。
及电致变色织物的可见光部分进行紫外测试,使用仪
图1(b)是由改进后的设计方案制备出的聚苯胺器为UV-3600型紫外-可见分光光度计。
电致变色织物,为4层结构,镀铜导电布与PMMA基
3.4
凝胶电解质直接粘合,整个器件结构得到优化,聚苯胺
3.0
膜厚度均匀,通电后电致变色效果明显,且变色均匀。
ECE
2聚苯胺电致变色织物的性状测试与表征
2.1镀铜导电布的扫描电子显微镜
将镀铜导电布制成小样以备扫描电子显微镜测试
1.0
与分析,所用仪器为天美(中国)科学仪器有限公司生
400500600700800
产的S-3400型扫描电子显微镜,加速电压为15kV。
波长/mm
将样品粘结在样品座上(无需喷金),然后放在扫描电
▲图3镀铜导电布紫外光谱图
镜中观察。
由图3可以看到,镀铜导电布( Fabric)本身呈现金
属红,使其在可见光部分具有一定的吸光度(Abs),且
在各个波段的数值相近,吸光度曲线呈直线状。给该导
电布施加-1.5~+1.5V的电压,颜色不发生变化,吸光
度曲线始终保持不变。
聚苯胺薄膜是该电致变色织物的重要组成部分,
起变色作用。聚苯胺薄膜与镀铜导电布复合后所形成
的电致变色织物(ECF)具备特殊的光化学性质,吸光
(a)2000倍放大图像
b)8000倍放大图像
度曲线如图3所示。这是由于聚苯胺薄膜本为绿色,带
▲图2镀铜导电布SEM图片
有醌式和苯式结构的聚苯胺经质子酸掺杂后,发生了
由图2可以看到,镀铜导电布是在普通涤纶织物电子的离域,使醌式和苯式结构发生了共轭,导致电子
表面化学镀上一定厚度的镀铜层,化学镀铜层的表面云的移动。
是由一些细小凸起的颗粒组成,铜镀层均匀、厚实,包2.4循环伏安测试与分析
裹了整根纤维。镀层的主要成分为铜元素,铜元素的质
将镀铜导电布和制得的聚苯胺电致变色织物(ITO
量分数为99.18%。当高聚物涂覆到织物上时,最先与薄膜+PAN+电解质+镀铜导电布)进行循环伏安测试,
织物表面的镀铜层结合,而聚苯胺与导电层的结合性使用仪器为CHI600D型电化学工作站。线性扫描电
能相当差,几乎无法结合。PMMA基凝胶电解质具备一压-1.5~+1.5V,扫描速率为50mV/s。得到循环伏安曲
定的黏度,能将涂覆聚苯胺的TO薄膜和镀铜导电织
物很好地粘合在一起。
0.4