三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種碳復(fù)合電致變色薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色是指材料的某些光學(xué)性質(zhì)(如反射率、透過(guò)率和熱輻射率等)在外界電場(chǎng)的作用下發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象。作為一種新型功能材料，電致變色材料在光-電能量轉(zhuǎn)換、光量調(diào)節(jié)、信息存儲(chǔ)記錄、光開關(guān)、建筑窗玻璃靈巧窗、大屏幕顯示等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)，特別是大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，變色器件在這些領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。電致變色材料一般可分為無(wú)機(jī)材料和導(dǎo)電聚合物兩大類。相比無(wú)機(jī)電致變色材料，導(dǎo)電聚合物具有顏色變化豐富、易加工、易分子設(shè)計(jì)及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]聚苯胺是一種使用最多的導(dǎo)電聚合物電致變色材料，其光學(xué)質(zhì)量好、循環(huán)可逆性高，而且苯胺單體便宜易得。通不同電壓時(shí)，聚苯胺可以實(shí)現(xiàn)從淺黃、黃綠、綠色、藍(lán)綠到藍(lán)色的可逆變化。然而，當(dāng)前的聚苯胺電致變色薄膜幾乎都是致密薄膜，電致變色的著色效率低、響應(yīng)速度慢，極大的限制了它的實(shí)際應(yīng)用。專利CN102978674A公布了一種具有光子晶體結(jié)構(gòu)的聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，由于有序孔結(jié)構(gòu)的存在，薄膜展示了優(yōu)異的電致變色性能。但是單一聚苯胺的導(dǎo)電性較差，限制了薄膜電致變色性能的進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有三維有序大孔結(jié)構(gòu)聚苯胺電致變色薄膜由于導(dǎo)電性較差而引起的變色性能不足的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的制備方法。
[0005]三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的制備方法:
[0006]一、基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理后，晾干；其中超聲功率為60W-100W，超聲時(shí)間為10-60min，所述基板是厚度為0.5mm-2mm的鍍有金柵格電極的石英玻璃、鍍有金柵格電極的氧化招玻璃或鍍有金柵格電極氧化鎂玻璃；
[0007]二、膠體溶液的配制:將球徑為200nm-500nm的二氧化硅微球加入到去離子水或乙醇溶液中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.05-0.3%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散，得到二氧化硅膠體溶液；
[0008]三、膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟一處理后的基板放入到二氧化硅膠體溶液中，在溫度為30°C _70°C條件下使二氧化硅膠體溶液中的溶劑揮發(fā)，然后再在600°C -900°C熱處理6-10h，得到膠體晶體模板；
[0009]四、碳覆膠體晶體模板的制備:將0.5-lg的濃硫酸加入到25ml去離子水中，然后加入5-7g的蔗糖，待蔗糖完全溶解后，將步驟三得到的膠體晶體模板插入溶液中，在真空、室溫的條件下保持2-4h，再將滲透了蔗糖的膠體晶體模板從溶液中取出，在100°C保持5_7h，然后在160°C繼續(xù)保持5-7h，最后于氮?dú)鈿夥罩性?00-900°C反應(yīng)2_4h，得到碳包覆膠體晶體模板；
[0010]五、以碳包覆膠體晶體模板為工作電極，以銀絲或飽和甘汞電極為參比電極，鎳片或鉑片為對(duì)電極，將各電極在丙酮中超聲處理，其中超聲功率為60W-100W，超聲時(shí)間為5-15min，再用蒸餾水沖洗干凈并吹干，將工作電極、參比電極和對(duì)電極放入苯胺-質(zhì)子酸水溶液中，使用計(jì)時(shí)電流法進(jìn)行電聚合，其中電聚合溫度為200C -400C，控制沉積電位為0.7-0.9V，沉積時(shí)間為200-500s，然后采用超純水沖洗，干燥，用1_5%的氫氟酸浸泡去除模板后，即得三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜；
[0011]步驟五中所述苯胺-質(zhì)子酸水溶液中苯胺濃度為0.1-0.5mol/L，質(zhì)子酸濃度為0.Ι-lmol/L，所述質(zhì)子酸為硫酸、鹽酸、高氯酸、樟腦磺酸以或十二烷基苯磺酸。
[0012]本發(fā)明中由于碳的引入，提高了聚苯胺的導(dǎo)電性，使得聚苯胺薄膜的電致變色性能顯著提高，著色和褪色時(shí)間明顯縮短，光譜調(diào)制幅度增加，具有更高的著色效率。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是實(shí)驗(yàn)一步驟三中所得膠體晶體模板的掃描電鏡圖片；
[0014]圖2是實(shí)驗(yàn)一所得三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的掃描電鏡圖片；
[0015]圖3是實(shí)驗(yàn)三步驟五得到的三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的SEM截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0018]一、基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理后，晾干；其中超聲功率為60W-100W，超聲時(shí)間為10-60min，所述基板是厚度為0.5mm-2mm的鍍有金柵格電極的石英玻璃、鍍有金柵格電極的氧化招玻璃或鍍有金柵格電極的氧化鎂玻璃；
[0019]二、膠體溶液的配制:將球徑為200nm-500nm的二氧化硅微球加入到去離子水或乙醇溶液中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.05-0.3%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散，得到二氧化硅膠體溶液；
[0020]三、膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟一處理后的基板放入到二氧化硅膠體溶液中，在溫度為30°C -70°C條件下使二氧化硅膠體溶液中的溶劑揮發(fā)，然后再在600°C _900°C熱處理6-10h，得到膠體晶體模板；
[0021]四、碳覆膠體晶體模板的制備:將0.5-lg的濃硫酸加入到25ml去離子水中，然后加入5-7g的蔗糖，待蔗糖完全溶解后，將步驟三得到的膠體晶體模板插入溶液中，在真空、室溫的條件下保持2-4h，再將滲透了蔗糖的膠體晶體模板從溶液中取出，在100°C保持5_7h，然后在160°C繼續(xù)保持5-7h，最后于氮?dú)鈿夥罩性?00-900°C反應(yīng)2_4h，得到碳包覆膠體晶體模板；
[0022]五、以碳包覆膠體晶體模板為工作電極，以銀絲或飽和甘汞電極為參比電極，鎳片或鉑片為對(duì)電極，將各電極在丙酮中超聲處理，其中超聲功率為60W-100W，超聲時(shí)間為5-15min，再用蒸餾水沖洗干凈并吹干，將工作電極、參比電極和對(duì)電極放入苯胺-質(zhì)子酸水溶液中，使用計(jì)時(shí)電流法進(jìn)行電聚合，其中電聚合溫度為200C -400C，控制沉積電位為0.7-0.9V，沉積時(shí)間為200-500S，然后采用超純水沖洗，干燥，用1_5%的氫氟酸浸泡去除模板后，即得三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜；
[0023]步驟五中所述苯胺-質(zhì)子酸水溶液中苯胺濃度為0.1-0.5mol/L，質(zhì)子酸濃度為0.Ι-lmol/L，所述質(zhì)子酸為硫酸、鹽酸、高氯酸、樟腦磺酸以或十二烷基苯磺酸。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中超聲功率為80W，超聲時(shí)間為40min。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是步驟二中二氧化娃微球球徑為300nm。其它與【具體實(shí)施方式】一或二之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟二中膠體乳液的質(zhì)量百分比濃度為0.2%。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟三中在溫度為50°C條件下使二氧化硅膠體溶液中的溶劑揮發(fā)。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟三中再在800°C熱處理8h。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是步驟四中最后于氮?dú)鈿夥罩性?00°C反應(yīng)3h。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是步驟五中超聲功率為90W，超聲時(shí)間為lOmin。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是步驟五中電聚合溫度為30°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至九之一不同的是步驟五中沉積電位為0.8V，沉積時(shí)間為400s。其它與【具體實(shí)施方式】一至九之一相同。
[0033]采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果:
[0034]實(shí)驗(yàn)一:
[0035]三維有序大孔聚苯胺/碳復(fù)合電致變色薄膜的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0036]一、基板材料的表面處理:將基板分別在丙酮、甲醇和超純水中超聲處理后，晾干；其中超聲功率為80W，超聲時(shí)間為30min，所述基板是厚度為Imm的鍍有金柵格電極的石英玻璃；
[0037]二、膠體溶液的配制:將球徑為375nm的二氧化硅微球加入到去離子水或乙醇溶液中得到單分散度< 5%、質(zhì)量百分比濃度為0.2%的膠體乳液，然后經(jīng)超聲振動(dòng)分散，得到二氧化硅膠體溶液；
[0038]三、膠體晶體模板的制備:將經(jīng)步驟一處理后的基板放入到二氧化硅膠體溶液中，在溫度為50°C條件下使二氧化硅膠體溶液中的溶劑揮發(fā)，然后再在750°C熱處理8h，得到膠體晶體模板；
[0039]四、碳覆膠體晶體模板的制備:將0.7g的濃硫酸加入到25ml去離子水中，然后加入6g的蔗糖，待蔗糖完全溶解后，將步驟三得到的膠體晶體模板插入溶液中，在真空、室溫的條件下保持3h，再將滲透了蔗糖的膠體晶體模板從溶液中取出，在100°C保持5-7h，然后在160°C繼續(xù)保持6h，最后于氮?dú)?