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随着信息和互联网技术的发展和能源环保意识的增强,各种低能耗和高性能的平板显示器件受到广泛的关注。电致变色器件在信息显示、智能窗节能和信息储存方面向人展示了诱人的发展潜力。经过若干年的发展,基于无机材料的电致变色器件已经商品化。但无机电致变色材料加工困难,响应时间较慢,电致变色性能不理想等原因,大大限制了基于无机材料的电致变色器件的应用。近年来,随着对导电聚合物性能的研究和探索,利用导电聚合物作为电致变色层组装电致变色器件受到越来越多的关注。导电聚合物具有与生俱来的电致变色性能,材料加工容易,电致变色性能好,变色丰富,可以通过控制分子结构来控制颜色变化,响应时间快等优点,使其成为非常有潜力的电致变色材料。因而,基于导电聚合物的电致变色器件受到广泛的关注。但是,由于导电聚合物本身的性质,器件结构等因素的影响,这类电致变色器件的稳定性制约了器件的进一步应用。
本论文研究了导电聚合物聚三甲基噻吩(PMeT)和聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)为电致变色材料,组装了电致变色器件,研究了器件的电致变色性能。获得的主要研究成果如下:
(1)以BFEE为电解质,采用电化学方法制备了均匀致密的PMeT膜,由此组装成为电致变色器件。器件颜色对比度达到最大值45%,着色时间和褪色时间仅分别为0.4 s和0.6 s,达到最优的光调节性能。在波长508 nm时的着色效率为130 cm2C-1,显示出较好的低能耗特性。在经过1500次的循环之后,对比度仍保持为原来的60%,着色时间为0.6 s,褪色时间为0.9 s,表现出良好的工作稳定性。表明聚合物类电致变色器件良好的电致变色性能。
(2)从增加电致变色层和导电基体之间的附着力入手,在他们之间引入TiO2多孔膜。一方面,TiO2本身是无机材料,可以和导电基板有很好的附着力。另一方面,因为TiO2本身具有导电性,以涂有TiO2的ITO基板作为工作电极,采用电化学方法聚合PMeT,导电高分子首先在TiO2的孔中而非表面形成,直到最后完全覆盖TiO2膜,这种结构中,TiO2的颗粒被“镶”在PMeT中,从而牢牢的将电致变色层“锚”在导电基板上,增加了附着力。采用这种PMeT/TiO2复合电极组装的电致变色器件表现出非常优异的电致变色性能,特别是稳定性和寿命。器件在经过3,500次循环之后,光响应仍然保持原来的60%。器件的峰电流在经过10,000次循环之后,仍然保持原来的50%。长期稳定性有较大提高。说明在电致变色层和导电基板之间引入TiO2,增加他们之间的附着力是增加器件稳定性一个有效的方法。
(3)主要从三个方面入手提高器件的性能稳定性;(a)通过引入TiO2多孔膜,增加电致变色层和导电基板之间的附着力来增加器件稳定性。(b)从导电高分子本身的结构入手,采用性能更稳定的PEDOT作为电致变色层材料,以获得更优异的器件性能。(c)最重要的一点是利用离子液体作为电聚合和封装器件的电解质,大大减小了其中水的不利影响,提高了器件的长期稳定性。更重要的是,采用离子液体制备导电高分子不仅大大增强的器件的稳定性,而且对环境没有危害,是一种绿色的非常有前景的方法。
(4)利用PEDOT和PMeT颜色上的互补性,制备了双电致变色层电致变色器件,能够在红、蓝(红、绿、蓝为三原色)转换。在0.8 V时,PMeT处于自然状态,显深红色,但PEDOT处于掺杂状态,显淡蓝色,所以,整个器件此时呈深红色,在-1.2 V时,PMeT处于掺杂状态,显淡蓝色,但PEDOT处于自然状态,呈深蓝色,所以整个器件此时呈深蓝色。当器件在反复的方波电压的作用下的时候,器件在红蓝之间转变。并采用离子液体作为电解质,提高了器件的稳定性。采用离子液体制备的PEDOT/PMeT双电致变色层电致变色器件,相对其他条件下制备的器件,表现出非常好的稳定性。