[发明专利]碳纳米管-聚苯胺电致变色复合薄膜的制备方法

说明书

碳纳米管‑聚苯胺电致变色复合薄膜的制备方法，属于功能材料技术应用领域。将多壁碳纳米管在王水中羧基化，干燥加入到异丙醇中分散，在ITO玻璃片上制备碳纳米管薄膜，得到ITO导电玻璃；配制乙醇的稀硫酸溶液，后加入苯胺单体，得到电沉积聚苯胺前驱体溶液；选择三电极体系，利用恒电位仪电镀沉积，选择恒电流沉积，在碳纳米管薄膜表面进行电化学沉积聚苯胺电致变色薄膜；本发明制备的薄膜循环稳定性好、膜面均匀性好且洁净。

技术领域

本发明涉及大面积制备碳纳米管-聚苯胺薄膜的制备方法，属于功能材料技术应用领域。

背景技术

目前，环境和能源问题是当今世界各国所面临的两大课题，节省能源，降低能源消耗势在必行。电致变色材料作为一种绿色环保、节能低碳的新型功能材料，可广泛应用于显示器件、智能窗、节能建筑、国防军事伪装等领域，得到了人们极大的关注。电致变色是指材料在电场作用下发生离子与电子的共注入与共抽出，使材料的价态与化学组分发生可逆变化，从而使材料的透射与反射特性发生改变。电致变色层所用的材料要求具有良好的离子和电子导电性、较高的对比度、变色效率和循环周期等电致变色性能。按其结构来源和电化学变色性能可以分为两类：一类是无机电致变色材料，其光吸收变化主要是由于离子和电子的注入/抽取引起，性能优越稳定；另一类是有机电致变色材料，其光吸收变化来自氧化还原反应，色彩变化丰富，越来越受到人们的广泛关注。有机电致变色材料中应用很广的当属导电聚合物材料，导电聚合物既有金属和半导体的光电性质，又兼具聚合物柔韧的力学性能和可加工性，有着优越的着色效率和快速的响应时间、宽广的颜色变化范围，并且易于制备，从而引起人们的高度重视。

自1991年Iijima发现碳纳米管以来，碳纳米管引起人们的广泛关注，成为化学、物理和材料等科学领域的研究热点。碳纳米管多种多样的形状和结构，使其具有许多潜在的应用价值，如用于材料的增强、一维量子导线、半导体材料、催化剂载体、分子吸收剂、扫描隧道显微镜和原子力显微镜的探头等。碳纳米管具有管径小、长径比大的特点，直径在几十纳米以内，管的轴向长度为微米至厘米量级，是目前最细的纤维材料，这种结构使得碳纳米管具有优异的力学性能和独特的电学性能。碳纳米管的制备及其性能研究已有很多报道。近年来有关碳纳米管复合材料的研究则成为碳纳米管应用研究的热点之一。

聚苯胺作为导电聚合物中应用较广的物质，具有很多优点：原料易得、合成简单、反应步骤容易控制；其次变色响应快，聚苯胺的电致变色响应时间在10秒以内；再者可以显现多种颜色，由于聚苯胺在发生电致变色的时候，颜色可以发生从淡黄色至绿色，然后再变为蓝色，因此在多色显示方面具有优势。但目前聚苯胺电致变色膜的制备存在许多问题，聚苯胺薄膜循环稳定性差，循环几十圈之后就不再变色，这个大大限制了它在实际中的应用。在现阶段研究中，主要通过结构改性、复合提高聚苯胺薄膜的寿命。将碳纳米管和聚苯胺复合，有望制备出性能优异、变色多样的复合薄膜。

发明内容

本发明主要通过成本较低、操作简单的旋涂法和电化学沉积，制备出颜色可变化多样、循环稳定性好、均匀性好的膜面平整均匀的碳纳米管-聚苯胺电致变色复合薄膜。

为制备出这一薄膜，本发明采用以下几个步骤：

(1)将多壁碳纳米管在王水(浓硝酸∶浓硫酸体积比3∶1)中羧基化，然后放入干燥箱中烘干备用；然后将上述功能化的碳纳米管加入到异丙醇中，并超声配成黑色悬浮溶液；

(2)将丙酮清洗过的ITO玻璃片依次放入无水乙醇、去离子水中分别超声处理，然后利用旋涂法在ITO玻璃片上制备碳纳米管薄膜，得到ITO导电玻璃；

(3)配置聚苯胺前驱体溶液：配制稀硫酸溶液，即采用浓硫酸与无水乙醇混合制备稀硫酸，稀硫酸的浓度为0.05-1mol/L，优选浓度为0.5mol/L，搅拌后加入苯胺单体，搅拌12h，得到电沉积聚苯胺前驱体溶液；优选苯胺与稀硫酸溶液的用量关系为每1000ml无水乙醇稀硫酸对应10-50ml苯胺，优选对应20-30ml苯胺：