[发明专利]含聚苯胺复合纳米纤维膜的电致变色器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含聚苯胺复合纳米纤维膜的电致变色器件及其制备方法，属于变色功能材料技术领域。

背景技术

电致变色( Electrochromism)是指在外加电流或电场的作用下,材料的光学性能(透射率、反射率、吸收率和发射率等)在可见光波长范围内产生稳定的可逆变化,在外观上表现为颜色等光学性能的可逆变化。电致变色材料总体上可分为无机材料和有机材料,后者又分为有机小分子材料及导电聚合物材料。早期电致变色材料的研究主要集中在无机材料及有机小分子材料,但它们在材料的可加工性、兼容性和显色性等方面都存在缺陷。导电聚合物作为一种新型的电致变色材料，既有金属和半导体的光电性质,又兼具聚合物柔韧的机械性能和可加工性,有着更优越的着色效率和快速的响应时间颜色变化范围宽广,并且易于制备,逐渐成为电致变色材料研究领域的一个新热点。在智能窗、军事伪装服、新一代无视角限制显示器件等方面有着极大的应用潜力。在众多导电聚合物中，聚苯胺由于原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好、热稳定性好、掺杂机制独特等优点而受到广泛的关注，是目前公认的最具有应用潜力的电致变色导电高分子材料之一。但是由于聚苯胺分子主链上苯环结构的存在，分子链具有较强的刚性和链间相互作用，使得其溶解性和成膜性差，相应的加工性能也受到影响，现有的聚苯胺纳米膜材料力学强度较差，难以形成均相体系，显色不均匀，限制了其在电致变色技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好机械性能、变色性能的含聚苯胺复合纳米纤维膜的电致变色器件及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种含聚苯胺复合纳米纤维膜的电致变色器件，其特征在于，包括从下到上依次设置的下导电玻璃、聚苯胺复合纳米纤维层、凝胶电解质层以及上导电玻璃，聚苯胺复合纳米纤维层和凝胶电解质层的外侧设有环氧树脂密封层，直流稳压电源的正极连接下导电玻璃、负极连接上导电玻璃。

本发明还提供了上述含聚苯胺复合纳米纤维膜的电致变色器件的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：在室温条件下，在搅拌釜中将本征态聚苯胺原料溶解在溶剂中，搅拌转速为50-200rpm，得到质量分数为0.2%-15%的聚苯胺溶液；再将混纺聚合物加入到聚苯胺溶液中，搅拌转速为200-1000rpm，混合均匀，得到混纺聚合物质量分数为0.5%-30%的混纺溶液；在室温和相对湿度为20%-60%的条件下，将混纺溶液以0.1-4mL/h的流速输入到喷丝头上，同时将喷丝头连接10-40KV电源进行静电纺丝，采用下导电玻璃作为接收装置，接收装置与喷丝头之间的距离为5-30cm，将下导电玻璃上沉积的纳米纤维膜在25-80℃真空中干燥1-12 h，即得到聚苯胺复合纳米纤维膜；

第二步：将丙烯碳酸酯与乙烯碳酸酯按体积比1:1均匀混合，用4A分子筛干燥，将高氯酸溶解于乙腈中配置成浓度为0.15mol/L的均匀溶液，用4A分子筛干燥，在烧杯中依次加入2重量份的丙烯碳酸酯-乙烯碳酸酯混合溶液、7重量份的高氯酸-乙腈溶液、0.7重量份的聚甲基丙烯酸甲酯、0.3重量份的高氯酸锂，搅拌混合均匀，得到凝胶状的电解质；

第三步：将第二步得到的凝胶状的电解质均匀的涂覆到第一步得到的聚苯胺复合纳米纤维膜上形成凝胶电解质层，再盖上上导电玻璃，挤压上导电玻璃以排除凝胶电解质层内的气泡，将上导电玻璃和下导电玻璃分别连接导线，用环氧树脂将整个器件密封形成环氧树脂密封层，将上导电玻璃和下导电玻璃分别与直流稳压电源的负极和正极相连，即得到含聚苯胺复合纳米纤维膜的电致变色器件。

所述第一步的溶剂为甲酸、三氟乙酸、全氟辛酸、六氟异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、三氯甲烷、乙醇以及二氯甲烷中的一种或两种以上的混合物。

所述第一步中的混纺聚合物为尼龙6、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、醋酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈，聚氧化乙烯、聚乳酸以及聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物。

与现有技术相比本发明的优点如下：

（1）本发明通过溶液共混纺静电丝技术，实现了聚苯胺与混纺聚合物的均相共混成纤。通过该方法制备的纳米复合纤维膜中聚苯胺与混纺组分混合均匀，无相分离情况发生。因此极大的提高了聚苯胺纳米膜的机械性能，显示出极好的柔韧性。聚苯胺分子均匀的分散在纳米纤维膜中，使得纤维膜显色均匀，色彩饱和度高。