高分子电致变色材料.ppt

1、电致变色聚合物材料，变色现象是指在外界环境的影响下，物质对光的反应发生变化。这种现象在自然界很普遍。人们对可逆的颜色变化现象感兴趣，这种现象可以通过使用某些外部条件来改变和恢复其颜色。有四个主要类别：电致变色，光致变色，热致变色和压致变色。它们有自己的应用前景。综上所述，有四个主要类别：电致变色，光致变色，热致变色和压致变色。它们有自己的应用前景。用于电致变色材料的材料要求具有良好的离子和电子导电性、高对比度、变色效率和循环周期。根据材料类型可分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。根据物质的状态，可分为薄膜型(固体)、沉淀型(固体和液体的相互转化)和非沉淀型(溶液)。无机电致变色材料的光吸收

2、变化是由离子和电子的双注入和双提取引起的，其性能稳定。有机电致变色材料光吸收的变化来源于氧化还原反应，其颜色丰富，易于分子设计。无机电致变色材料的电化学变色利用了氧化物中金属离子的价态变化，这与简单的氧化还原反应有很大不同。首先，氧化钼的形成类似于掺杂物质，其体积与氧化钼的体积相同，而氧化还原反应是物质在阳极或阴极的生长，材料的体积取决于过程的持续时间；其次，AxM0y可以看作x的连续相，通常的氧化还原反应是单相的生长。第三，AxM0y的脱色反应动力学与固体电解质界面和固体的性质密切相关，通常的氧化还原反应只与电极电解质界面的性质有关。有机电致变色材料是离子或分子在某些液体中的复合物，它们要么

3、在阴极得到一个电子被还原，要么在阳极失去一个电子被氧化，并且反应产物具有着色吸收，或者具有与原始物质不同颜色的产物通常具有低得多的溶解度，因此它们可能被沉积。有些材料有两种以上的氧化态，因此可以发生单电子、双电子甚至多电子反应，每种反应对应一种不同的颜色，即有许多颜色变化。电致变色材料的工作原理本质上是一种超薄电池，其电极颜色可以随着充放电过程可逆地变化。“显色-消色”过程伴随着电子转移和离子传导，以保持材料电中性。通常，电致变色薄膜采用多层结构，并且两个透明导体交替填充有电致变色层、离子导体和三个反电极的有源薄层。中间的离子导体充当电解质，将自由离子从存储层(反电极)转移到电致变色层，此时膜

4、将从透明变为不透明。两侧的透明导电层使器件与外部电源电接触，常用的是氧化铟锡薄膜或二氧化锡薄膜。前者的透光率较好，但耐酸腐蚀性较差。热电偶层可以通过化学气相沉积、电子束蒸发、溅射和其他方法制成。当使用TC层作为EC层的衬底时，应注意两个问题：第一，液体电解质通过EC层的外围侵入TC层，可能导致TC层从玻璃衬底上剥离，导致器件报废；二是铟或锡(或掺杂锑、氟等)。)扩散到电致变色膜中，对电致变色性能造成不利影响。电致变色层(EC，也称为工作电极)为了获得电致变色活性，要求EC层为无定形或微晶结构，并使膜具有必要的含水量。由于晶体的高度缺陷(开放晶格结构加上晶界等缺陷)，便于离子传输；同时，水在离子

5、传输中起着关键作用。电解质层电解质必须满足以下要求：提供电致变色材料所需的补偿离子，或与电致变色材料兼容；它有很高的然而，在电子捕获检测中，反电极也应该作为离子的存储层。当工作电极EC被注入离子时，它向电解质层提供离子，而当工作电极被提取离子时，它收集离子以保持电解质层的电中性。因此，要求反电极也是电子和离子的混合导体。反电极和工作电极可以是相同的材料。尽管当第一电极被着色时第一电极会褪色，反之亦然，但是它不会影响对前电极的观察。透射电子捕获检测要求反电极是工作电极的“互补”电子捕获检测材料，也就是说，当工作电极是氧化着色材料时，选择还原着色材料作为反电极材料，反之亦然。这样，当工作电极处于消

6、色差状态时，反电极也处于消色差状态，这不影响光透射；前者处于有色状态，而后者也处于有色状态，这具有增强光吸收的效果。1.当q较小时，光密度和注入离子电荷q之间的关系是线性的，当q较大时，光密度和注入离子电荷q之间的关系是饱和的，因此可以通过控制注入电荷来连续调节光密度。2.通过改变电压极性注入或提取电荷，可以方便地实现着色或脱色，即着色和脱色是可逆的。然而，脱色是一个不对称的动态过程：离子注入受到电致变色电极的电解质界面势垒的限制，离子提取受到电致变色电极中的空间电荷层的限制。这样，着色和脱色的响应特性是不同的。3。如果电荷循环路径被切断(开路)并且其它氧化还原反应不发生，有色材料可以保持有色

7、状态，即具有记忆击穿。4.通过将具有不同光谱特性的材料以某种方式组合，可以实现颜色组合，用于开发混合氧化物EC系统，从而获得例如更适合于人眼甚至彩色显示的光谱峰值响应、聚合物电致变色材料的应用、电致变色器件。经过几十年的发展，一些电致变色器件已经研制成功，一些还处于实验室阶段，器件的功能主要是透射、反射、信息显示和辐射可调。相应的设备是智能窗户、镜子、显示器等等。1.电致变色显示平板显示器件分为两类：发光型和受光型。受光平板显示器可分为液晶显示器件、电致变色显示器件、电泳显示器件(EPID)、铁电陶瓷显示器件(PLZT)等。发光平板显示器可分为等离子显示器、电致发光显示器(包括场致发光显示器和

8、发光二极管)、场发射显示器、真空荧光显示器等。与其他显示器相比，电致变色显示器具有忽略死角、对比度高、易于灰度控制、制造方便、工作温度范围宽、驱动电压低、色彩丰富等优点。2.电致变色移动像素该设备利用PPy实现颜色和像素数量的变化。在硅片上电镀PPy，利用聚吡咯氧化态的可控性，通过电化学方法形成制动器和电致变色元件。PPy双层致动器的一个电极改变上、下电位，另一个电极改变硅片上电致变色薄膜PPy的电位。3.本发明通过改变电致变色层的光吸收，智能调节镜子的反射亮度，使镜子周围的强光变暗，减少镜子后面的强光，从而达到安全驾驶的目的。在该装置中，在导电玻璃和反射器之间注入适当的粘性电解质，然后向电致

9、变色层施加低电压，这可以调节反射镜的反射率并使光变暗。4.电致变色智能窗在过去的几十年里，人们使用的大部分玻璃窗大致可以分为以下两种类型：一种是辐射率为10%的玻璃，它可以减少热量的损失，使房间传递更多的热量来达到取暖的目的；另一种是阳光控制镀膜玻璃，可以降低眼睛的透光率，从而达到冷却室内的目的因此，上述两种眼镜都不能满足连续调节室内太阳光透过率的目的。智能窗户可以很好地控制室内的光和热性能。它有两种基本结构：一种是夹层结构，即在两块透明导电玻璃上的变色层和存储层之间注入聚合物离子导体层；另一种是单片结构，即在导电玻璃衬底上依次镀上离子存储层、离子导体层、电致变色层和透明导电层。在第一种结构中，由于液体电解质的流动，玻璃的颜色变化不均匀。当施加小电压(15V)时，这两种结构可以经历漂白(透光率60)和着色(透光率15)的可逆变化，从而动