一种聚苯胺电致变色电极及其制备方法

技术领域

本发明属于电致变色技术领域，具体涉及一种聚苯胺电致变色电极及其制备方法。

背景技术

电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。

聚苯胺是目前被广泛应用的高分子电致变色材料之一，然而，基于一般的聚苯胺薄膜是由苯胺分子在溶液中电镀而成，电极边缘与中间部分的电沉积分子数具有显著差异，导致其薄膜的均匀性不佳，且附着力差，易脱落，造成其电致变色性能降低，稳定性差，使用寿命短。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种聚苯胺电致变色电极，所述聚苯胺电致变色电极含有纳米二氧化钛层，能有效解决聚苯胺薄膜均匀性不佳、附着力差的问题，改善电极的稳定性和性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种聚苯胺电致变色电极，所述聚苯胺电致变色电极包括依次设置的导电玻璃、纳米二氧化钛层和聚苯胺电致变色薄膜层。

在一些实施例中，所述导电玻璃选自FTO导电玻璃、ITO导电玻璃。

在一些实施例中，所述纳米二氧化钛层的固含量为60％～80％，厚度为20μm～50μm。

在一些实施例中，所述纳米二氧化钛层是通过将质量分数为60％～80％的纳米二氧化钛层浆料刮涂到导电玻璃上制备获得。

在一些实施例中，所述纳米二氧化钛层通过以下方法制备获得：(1)将纳米二氧化钛加入甲醇中，得到质量分数为60％～80％的纳米二氧化钛浆料；(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热1h～4h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层。

在一些实施例中，所述纳米二氧化钛层表面含有羟基。

在一些实施例中，所述纳米二氧化钛层通过以下方法制备获得：(1)将纳米二氧化钛和过氧化氢加入甲醇中，获得纳米二氧化钛浆料，其中，纳米二氧化钛的质量分数为60％～80％，过氧化氢的质量分数2.7％～3.3％；(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热1h～4h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层。

在一些实施例中，所述聚苯胺电致变色薄膜层的厚度为20um～100um。

在一些实施例中，所述聚苯胺电致变色薄膜层由以下方法制备获得：(1)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.05mol/L～0.2mol/L苯胺、0.05mol/L～0.2mol/L硫酸；(2)将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层。

本发明还提供了如上所述的聚苯胺电致变色电极的制备方法，包括以下步骤：(1)配置纳米二氧化钛浆料，将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到所述导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热1h～4h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层；(2)配置苯胺水溶液，将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层，制备得到所述聚苯胺电致变色电极。

本发明提供了一种聚苯胺电致变色电极，发明人经过研究发现，通过在导电玻璃和聚苯胺电致变色薄膜层之间设置纳米二氧化钛层，可以有效解决聚苯胺电致变色薄膜层的不均匀和不牢固等问题。纳米二氧化钛层可将聚苯胺分子吸附于表面，从而形成均匀的聚苯胺电致变色薄膜，并且由于吸附作用使聚苯胺电致变色薄膜不易脱落。此外，纳米二氧化钛具有较大的比表面积，可以电镀更多的聚苯胺分子，使制备获得的电极的光学对比度更高。

进一步地，发明人还发现，通过在纳米二氧化钛浆料中加入适量的过氧化氢，可以使纳米二氧化钛层表面富含羟基，羟基与聚苯胺薄膜之间存在氢键，进一步增加聚苯胺电致变色薄膜的吸附力，避免脱落，增加电极的稳定性。

附图说明

图1为实施例1制备获得的聚苯胺电致变色电极。

图2为对比例1制备获得的聚苯胺电致变色电极。

具体实施方式

本发明下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。

本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

本实施例提供一种聚苯胺电致变色电极，其通过以下方法制备获得：

(1)将纳米二氧化钛加入甲醇中，得到质量分数为70％的纳米二氧化钛浆料；

(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到FTO导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热2h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层(厚度为35μm)；

(3)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.1mol/L苯胺、0.1mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

图1为本实施例制备获得的聚苯胺电致变色电极。

实施例2

本实施例提供一种聚苯胺电致变色电极，其通过以下方法制备获得：

(1)将纳米二氧化钛加入甲醇中，得到质量分数为65％的纳米二氧化钛浆料；

(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到FTO导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热2h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层(厚度为45μm)；

(3)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.15mol/L苯胺、0.15mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

实施例3

本实施例提供一种聚苯胺电致变色电极，其通过以下方法制备获得：

(1)将纳米二氧化钛加入甲醇中，得到质量分数为70％的纳米二氧化钛浆料；

(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到FTO导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至300℃，升温速率为5℃/每分钟，于300℃条件下加热2h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层(厚度为35μm)；

(3)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.1mol/L苯胺、0.1mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

实施例4

本实施例提供一种聚苯胺电致变色电极，其通过以下方法制备获得：

(1)将纳米二氧化钛加入甲醇中，得到质量分数为70％的纳米二氧化钛浆料；

(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到FTO导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为20℃/每分钟，于500℃条件下加热2h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层(厚度为35μm)；

(3)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.1mol/L苯胺、0.1mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

实施例5

本实施例提供一种聚苯胺电致变色电极，其通过以下方法制备获得：

(1)将纳米二氧化钛和过氧化氢加入甲醇中，获得纳米二氧化钛浆料，其中，纳米二氧化钛的质量分数为70％，过氧化氢的质量分数2.8％；

(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到FTO导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热2h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层(厚度为35μm)；

(3)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.1mol/L苯胺、0.1mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

实施例6

本实施例提供一种聚苯胺电致变色电极，其通过以下方法制备获得：

(1)将纳米二氧化钛和过氧化氢加入甲醇中，获得纳米二氧化钛浆料，其中，纳米二氧化钛的质量分数为65％，过氧化氢的质量分数3％；

(2)将所述纳米二氧化钛浆料刮涂到FTO导电玻璃上，从25℃程序梯度升温至500℃，升温速率为5℃/每分钟，于500℃条件下加热2h，然后退火至25℃，制备获得所述纳米二氧化钛层(厚度为45μm)；

(3)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.15mol/L苯胺、0.15mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在所述纳米二氧化钛层上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

对比例1

本对比例提供一种聚苯胺电致变色电极，其除了不含述纳米二氧化钛层外，其他与实施例1相同，具体通过以下方法制备获得：

(1)配置苯胺水溶液，所述苯胺水溶液包含以下浓度的组分：0.1mol/L苯胺、0.1mol/L硫酸；

(4)在三电极方法(银/氯化银作为参比电极)系统下将所述苯胺水溶液在FTO导电玻璃上进行电镀，获得所述聚苯胺电致变色薄膜层(厚度为65μm)，得到所述聚苯胺电致变色电极。

图2为本对比例制备获得的聚苯胺电致变色电极。

性能测试

对以上实施例和对比例制备获得的聚苯胺电致变色电极的以下性能进行测试：

(1)光学对比度：使用紫外分光光度计与电化学工作站联用，测试电致变色电极在着色电压与褪色电压下特征吸收峰下透过率的差值。

(2)使用寿命：电致变色器件用电化学工作站施加着色与褪色周期电压，同时将器件至于紫外分光光度计下进行测试，测试若干次循环后器件光学对比度的衰减情况，衰减>20％为止，统计循环次数。

结果如表2所示：

表2

上述结果表明，本发明(实施例1～6)制备获得聚苯胺电致变色电极具有很好的光学对比度和使用寿命，这是因为本发明聚苯胺电致变色电极含有纳米二氧化钛层，可吸附更多的聚苯胺分子，且通过吸附结合电镀，使电极边缘与中间部分的电沉积分子数无明显差异，使聚苯胺电致变色薄膜层更加均匀，并且吸附更牢固。

与实施例1相比，对比例1制备获得聚苯胺电致变色电极的聚苯胺电致变色薄膜层均匀性差，且容易脱离，导致电极的光学对比度和使用寿命降低。实施例1和对比例1制备获得聚苯胺电致变色电极分别如图1和图2所示。

与实施例1相比，实施例3在制备聚苯胺电致变色电极的纳米二氧化钛层时，梯度升温至300℃；实施例4，在制备聚苯胺电致变色电极的纳米二氧化钛层时，梯度升温程序的升温速率为20℃/min，均影响了二氧化钛颗粒的大小，导致二氧化钛颗粒的比表面积较小，电极的光学对比度稍微劣化。

通过实施例1和实施例5的比较，实施例2和实施例6的比较可知，当制备聚苯胺电致变色电极的纳米二氧化钛层时，在纳米二氧化钛层浆料中加入适量的过氧化氢，可以进一步提高聚苯胺电致变色薄膜在纳米二氧化钛层上的吸附稳定性，进而提高器件的稳定性，增加使用寿命。

综上所述，本发明通过在聚苯胺电致变色电极中增加纳米二氧化钛层，可以有效解决聚苯胺电致变色薄膜层的不均匀和不牢固等问题，提高电极的光学对比度和使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对以上实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。