高分子電致變色材料演示文稿

高分子電致變色材料演示文稿當(dāng)前第1頁\共有40頁\編于星期一\17點變色現(xiàn)象是指物質(zhì)在外界環(huán)境的影響下．而產(chǎn)生的一種對光的反應(yīng)的改變。這種現(xiàn)象普遍存在于自然界。人們感興趣的是一種可逆的變色現(xiàn)象．即可利用一定的外界條件將它的顏色進(jìn)行改變和還原?？偨Y(jié)起來主要有4類：電致變色、光致變色、熱致變色和壓致變色。它們分別有各自的應(yīng)用前景。當(dāng)前第2頁\共有40頁\編于星期一\17點總結(jié)起來主要有4類：電致變色、光致變色、熱致變色壓致變色。它們分別有各自的應(yīng)用前景。當(dāng)前第3頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第4頁\共有40頁\編于星期一\17點電致變色材料所用的材料要求具有良好的離子和電子導(dǎo)電性．較高的對比度、變色效率和循環(huán)周期等電色性能。按照材料類型可分為：無機電致變色材料和有機電致變色材料。按照物質(zhì)的狀態(tài)可分為：薄膜型(固體)、析出型(固體和液體相互轉(zhuǎn)化)和非析出型(溶液)。當(dāng)前第5頁\共有40頁\編于星期一\17點無機電致變色材料的光吸收變化是因為離子和電子的雙注入和雙抽取而引起的，其性能穩(wěn)定。有機電致變色材料的光吸收變化來自氧化還原反應(yīng)．其色彩豐富．易進(jìn)行分子設(shè)計。當(dāng)前第6頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第7頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第8頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第9頁\共有40頁\編于星期一\17點無機電色材料的電化學(xué)變色性利用了氧化物中金屬離子的價態(tài)變化，它與簡單的氧化一還原反應(yīng)有著重大區(qū)別首先，AxMOy的形成類似向物質(zhì)摻雜，其體積不變，仍等于MOy的體積，而氧化一還原反應(yīng)是物質(zhì)在陽極或陰極的生長，材料的體積取決于工藝持續(xù)的時間；其次．AxM0y可看作x的連續(xù)相(Continuousphase)，通常的氧化一還原反應(yīng)是單一相(Singlephase)的生長；當(dāng)前第10頁\共有40頁\編于星期一\17點第三，AxM0y的著／消色(電荷的注入／抽取)反應(yīng)動力學(xué)與固體／電解質(zhì)界面以及固體內(nèi)的性質(zhì)緊密相關(guān)，通常的氧化一還原反應(yīng)只和電極／電解質(zhì)界面的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)前第11頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第12頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第13頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第14頁\共有40頁\編于星期一\17點有機電色材料是某些液體中的離子或分子的絡(luò)合物，它或者在陰極得到一個電子被還原，或者在陽極失去一個電子被氧化，其反應(yīng)產(chǎn)物具有著色吸收，或與原有物質(zhì)顏色不同產(chǎn)物通常有低得多的溶解度，因而可能沉積出來。有的材料具有兩種以上的氧化態(tài)，因而可發(fā)生單電子或雙電子甚至多電子反應(yīng)，各對應(yīng)不同的顏色，即有多種顏色變化。當(dāng)前第15頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第16頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第17頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第18頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第19頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第20頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第21頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第22頁\共有40頁\編于星期一\17點電致變色材料的工作原理其實質(zhì)是一個電極顏色能隨充放電過程發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的超薄電池。當(dāng)前第23頁\共有40頁\編于星期一\17點顯色一消色”過程伴隨著電子轉(zhuǎn)移和保持材料電中性的離子傳導(dǎo)。一般電致變色薄膜采用多層結(jié)構(gòu)，在兩層透明導(dǎo)體中交替填充著電致變色層、離子導(dǎo)體和對電極三層活性薄層。處于中間的離子導(dǎo)體作為電解質(zhì)起著把自由離子從儲電層(對電極)傳輸?shù)诫娭伦兩珜拥淖饔?，此時薄膜將由透明變?yōu)椴煌该鳌．?dāng)前第24頁\共有40頁\編于星期一\17點透明導(dǎo)電層(TC)兩側(cè)TC層作器件與外電源之間的電接觸，常用ITO膜或SnO2膜。前者透光性較好但抗酸腐蝕能力不如后者。TC層可用CVD、電子束蒸發(fā)、濺射等方法制作。TC層用作EC層的襯底時需注意兩個問題：一是液體電解質(zhì)通過EC層的周邊侵入TC層，可導(dǎo)致它從玻璃基板上剝落，造成器件報廢；二是In或Sn(或者還有摻雜荊Sb、F等)擴散到EC膜中，對電色特性造成不良影響。當(dāng)前第25頁\共有40頁\編于星期一\17點電致變色層(EC，也叫工作電極)為了得到電色活性，要求EC層是無定形或微晶結(jié)構(gòu)，并使膜中有必要的含水量。因為晶體的高度不完整性(開放性的晶格結(jié)構(gòu)加上晶粒邊界及其它缺陷)便于離子的傳輸；同時，水對離子的傳輸有關(guān)鍵作用。當(dāng)前第26頁\共有40頁\編于星期一\17點電解質(zhì)層(EL)電解質(zhì)必須滿足以下要求：提供電色材料所需的補償離子，或者說要和EC材料兼容；有高的離子電導(dǎo)率和高的電子電阻率，即必須是離子的良導(dǎo)體和電子絕緣體。器件在透射模式工作時，電解質(zhì)必須透明；以及對EC和CE層無腐蝕性。當(dāng)前第27頁\共有40頁\編于星期一\17點對電極層(CE)對電極的起碼要求應(yīng)是惰性的，即只作為電子的收集／發(fā)射體。但在ECD中對電極還應(yīng)作為離子的貯存層，當(dāng)工作電極EC被注入離子時，它供應(yīng)離子到電解質(zhì)層，而工作電極被抽出離子時，將離子收集起來，以保持電解質(zhì)層的電中性。因而要求對電極也是電子和離子的混合導(dǎo)體。當(dāng)前第28頁\共有40頁\編于星期一\17點反射型ECD的對電極和工作電極可以是相同材料。雖然甲電極著色時己電極消色，或者反過來，但不會影響正面電極的觀察。透射型ECD要求對電極為工作電極的“互補”EC材料，即當(dāng)工作電極為氧化著色材料時選用還原著色材料為對電極材料，或者反過來。這樣，當(dāng)工作電極處于消色態(tài)時，對電極也處于消色態(tài)，不影響透光；而當(dāng)前者處于著色態(tài)時，后者也處于著色態(tài)，有加強光吸收的效果。當(dāng)前第29頁\共有40頁\編于星期一\17點電化學(xué)變色性的特點1、光密度與注入離子電荷△Q的關(guān)系，當(dāng)△Q較小時是線性的，較大時呈現(xiàn)出某種飽和，因此可通過控制注入電荷量實現(xiàn)OD連續(xù)調(diào)控。2、通過改變電壓極性使電荷注入或抽取，可方便地實現(xiàn)著色或消色，即著、消色有可逆性。不過著／消色是不對稱的動力學(xué)過程：離子注入時受電色電極／電解質(zhì)界面勢壘的限制，離子抽取時受電色電極內(nèi)空間電荷層的限制。這樣，著、消色的響應(yīng)特性有區(qū)別。當(dāng)前第30頁\共有40頁\編于星期一\17點3、已著色的材料如切斷電荷流通路徑(開路)、也不發(fā)生其它氧化一還原反應(yīng)時，可以保持著色狀態(tài)，即有記憶功崩。4、將有不同譜特性的材料以某種方式結(jié)合，有可能實現(xiàn)顏色的組合，這被利用來發(fā)展混合氧化物EC系統(tǒng)，以得到例如較適合人眼的光譜峰值響應(yīng)以至彩色顯示當(dāng)前第31頁\共有40頁\編于星期一\17點高分子電致變色材料的應(yīng)用當(dāng)前第32頁\共有40頁\編于星期一\17點當(dāng)前第33頁\共有40頁\編于星期一\17點

電致變色器件經(jīng)過幾十年的發(fā)展，一些電致變色器件已經(jīng)研制成功，有的還處于實驗室階段器件的功能主要表現(xiàn)為透射可調(diào)、反射可調(diào)、信息顯示和輻射可調(diào)。相應(yīng)的器件有靈巧窗、反射鏡、顯示器等。當(dāng)前第34頁\共有40頁\編于星期一\17點1、電致變色顯示器平板顯示器件(FPD)分為發(fā)光型和受光型兩大類。受光型FPD按工作原理的不同可分為：液晶顯示器件(LCD)、電致變色顯示器件(ECD)、電泳顯示器件(EPID)、鐵電陶瓷顯示器件(PLZT)等。發(fā)光型FPD按工作原理的不同可以分為：等離子體顯示器件(PDP)、電致發(fā)光顯示器件(包括ELD和LED)、場發(fā)射顯示器件(FED)、真空熒光顯示器件(VFD)等。當(dāng)前第35頁\共有40頁\編于星期一\17點電致變色顯示器與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高．易實現(xiàn)灰度控制、制造方便、工作溫度范圍寬、驅(qū)動電壓低、色彩豐富等優(yōu)點。當(dāng)前第36頁\共有40頁\編于星期一\17點2、電致變色移動像元這種器件是使用聚吡咯(PPy)來實現(xiàn)顏色和像元數(shù)目的變化。它是把PPy電鍍在硅片上，利用聚吡咯氧化態(tài)的可控性，通過電化學(xué)方法來形成制動器和電致變色元件。兩層PPy制動器(PPybilayeractuators)的一個電極改變上下電勢，另一個電極改變硅片上的電致變色膜PPy的電勢當(dāng)前第37頁\共有40頁\編于星期一\17點3、汽車觀后鏡這種器件通過改變電致變色層的光吸收來達(dá)到鏡子反射亮度的智能調(diào)節(jié)，使鏡子周圍的亮光變暗，減少來自鏡子后面強烈的炫光，從而達(dá)到安全駕駛的目的。這種器件是把適當(dāng)?shù)恼承噪娊庖鹤⑷氲綄?dǎo)電玻璃和反射鏡之間，再給電致變色層施加低電壓，就能調(diào)節(jié)鏡子的反射率，使燈光變暗。當(dāng)前第38頁\共有40頁\編于星期一\17點4、電致變色靈巧窗在過去的數(shù)十年里，人們大多使用的玻璃窗可大致分為以下兩種：一種是低輻射率(1owemissivity)的玻璃，它可以減少熱損耗．使室內(nèi)透射更多的熱量，達(dá)到取暖的目的；另一種是目光控制涂層玻璃(solarcontrolcoatedglasses)，它可以減少目光的透射率，從而達(dá)到室內(nèi)涼爽的目的。但是一年四季中每個季節(jié)的光照強度不同．每天的各個時辰的光照強度也不同。所以上述的兩種玻璃就不能很好的滿足室內(nèi)陽光透射率連續(xù)可調(diào)的目的。當(dāng)前第39頁\共有40頁\編于星期一\17點靈巧窗可以很好的控制室內(nèi)的光、熱性能。它有兩種基本結(jié)構(gòu)：一種是夾層式，即在兩層透明導(dǎo)電玻璃上的變色層和存儲層之間注入一層聚合物離子導(dǎo)體層；另一種是單塊集成電(monolithic)結(jié)構(gòu)．即