电致变色材料
眉型适合的脸型-前负荷和后负荷
2023年2月23日发(作者：交通发展)*教育部跨世纪优秀人才资助项目;江苏省自然科学基金项目资助(BK2004121)
沈庆月:女,1981年生,硕士研究生,从事功能高分子材料研究陆春华:通讯联系人E-mail:chhlu@
电致变色材料的变色机理及其研究进展*
沈庆月,陆春华,许仲梓
(南京工业大学材料学院,南京210009)
摘要电致变色材料是目前公认的最有发展前途的智能材料之一。简要介绍了无机电致变色材料(如WO
3
、
MoO
3
、NiO、IrO
x
等)和有机电致变色材料(如紫罗精、稀土酞花菁、聚苯胺等)这两种不同类型的变色材料及其研究现
状,阐述了电致变色现象及其变色机理,并展望了其应用前景和发展方向。
关键词电致变色有机电致变色材料无机电致变色材料变色机理
中图分类号:O484文献标识码:A
Color-changingMechanismofElectrochromicMaterialsandTheirResearchProgress
SHENQingyue,LUChunhua,XUZhongzi
(CollegeofMaterialsScienceandTechnology,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009)
Abstract
Electrochromicmaterialisonekindofacknowledgedprospectiveintelligencematerialsatpresent.
Inthisarticle,inorganicelectrochromicmaterialssuchasWO
3
,MoO
3
,NiO,IrO
x
andorganicelctrochromicmaterials
suchasviologen,rareearthphthalocyanin,ame
time,theircolor-changingmechanismsareexplained,andtheirapplicationforegroundanddevelopingdirectionare
presented.
Keywords
electrochromism,organicelectrochromicmaterial,inorganicelectrochromicmaterial,color-chan-
gingmechanism
电致变色(Electrochromism,简写为EC)是指在电流或电场
的作用下,材料发生光吸收或光散射,从而导致颜色产生可逆变
化的现象。自从Deb.S.K.[1]1969年首次发现WO
3
薄膜的电
致变色现象以来,人们就发现了很多具有电致变色性能的物质,
使电致变色材料显示出了广阔的市场应用前景。由于电致变色
材料制成的显示屏没有视角显示限制,且色彩丰富、响应时间
快,有望用于取代液晶显示。此外,电致变色材料在军事伪装、
智能材料等方面具有潜在价值,受到越来越多的关注。
电致变色材料在实际应用中需具有以下性能[2]:(1)具有良
好的电化学氧化还原可逆性;(2)颜色变化的响应时间快;(3)颜
色的变化应是可逆的;(4)颜色变化灵敏度高;(5)有较高的循环
寿命;(6)有一定的储存记忆功能;(7)有较好的化学稳定性。
电致变色材料按材料类型大致可分为无机电致变色材料和
有机电致变色材料。无机电致变色材料的性能稳定,其光吸收
变化是由于离子和电子的双注入和双抽出而引起的。有机电致
变色材料的色彩丰富,易进行分子设计,其光吸收变化来自氧化
还原反应。
1无机电致变色材料
无机电致变色材料多为过渡金属氧化物或其衍生物[3]。这
是由于过渡金属元素在d轨道有未成对的单电子存在。过渡金
属元素离子一般易于着色,且基态与激发态能量差较小。氧化
物中金属的电子层结构不稳定,在一定的条件下价态发生可逆
转变,形成混合价态的离子共存状态,其颜色随离子价态和浓度
的变化而变化。依据变色特性,又可分为阴极电致变色材料和
阳极电致变色材料。
1.1阴极电致变色材料
在高价氧化状态无色,在低价还原状态着色的电致变色材
料称为阴极电致变色材料,主要包括ⅥB族的WO
3
、MoO
3
及其
混合材料,以及V
2
O
5
、Nb
2
O
5
、TiO
2
、BiO
3
等。
1.1.1WO3
WO
3
(三氧化钨)是人们研究得最多的一种电致变色材料,
它有非晶膜和多晶膜两种。非晶膜的着色-褪色反应速度快,多
应用于显示装置;多晶膜在红外区有较高的反射率,且耐热和耐
辐射,多用于智能窗[2]。
WO
3
的电致变色机理是电子和离子的注入与抽出。当注
入电子e-局域于某一W5+离子上,并进入其5d轨道时,为了保
持电平衡,阳离子Me+也必然驻留在此区域中,从而形成钨青
铜Me
x
WO
3
,颜色发生了变化,这一电化学反应可以用式(1)来
表示:
WO
3
+xMe++xe-
着色
褪色
Me
x
WO
3
(1)
(Me+=H+、Li+、Na+等)
顾铭等[4]采用溶胶-凝胶法,在氧化铟锡(ITO)玻璃基质上
制备氧化钨电致变色薄膜。前驱体钨酸钠经阳离子交换得到钨
酸溶液。所得薄膜为无色透明,着色后呈蓝色,颜色均匀。经过
#284#材料导报2007年5月第21卷专辑Ⅷ
75e热处理的薄膜,变色响应时间在几秒之内,着色态能在断电
后3天以上保持颜色。褪色后,可见光及近红外区域的透射率
都在93%以上;着色后,600nm以上的区域有很好的吸收,透射
率小于21%。图1是薄膜在0.01mol/LHCl中的循环伏安曲
线,为闭合曲线,说明薄膜的着色-褪色为可逆过程。薄膜循环
使用寿命测试结果显示,经过600次着色-褪色过程,薄膜仍可
保持稳定的状态。
图1薄膜在0.01mol/LHCl中的伏安曲线
Fig.1Cyclicvoltammogramofthefilmin0.01mol/L
HClsolution(scanrate:100mV/s)
除WO
3
薄膜以外,有关WO
3
纳米结构的报道甚少。Kara-
kurt等[5]利用溶胶-凝胶法在化学图样基板上制备了WO
3
纳米
点(点间距为1Lm,高8~10nm,半宽度约350nm),并将其与薄
膜状的WO
3
进行了比较。
图2溶胶-凝胶法制备的WO
3
薄膜和点在
632nm处的标准化转变,T/T
0
Fig.2Normalizedtransmission,T/T
0
,throughso-lgel
preparedWO
3
bulkfilmandthedotsat632nm
在图2中,横坐标为时间,纵坐标为薄膜和纳米点的电流密
度的变化,所示数据为9次循环的平均,并通过样品褪色时的转
变值进行标准化处理(纳米点的转变为灰色曲线,薄膜的转变为
黑色曲线)。着色时,在t=0~0.5s之间,对Pt电极施加+1.
75V的电压;褪色时,在t=0.5~3s之间施加-1.75V的反转偏
压。尽管电流密度转变变化的绝对值不同,但是薄膜与纳米点
的标准化数据重合得很好。插图为着色和褪色的循环,薄膜和
纳米点转变上的衰减近似于指数变化,电流密度的变化对时间
的依赖性可用式(2)表示:
T
T
0
=
1
T
0
[(T
0
-T
s
)e-t/S+T
s
](2)
其中:T
s
是饱和时的电流密度变化量,T
0
是样品处于褪色态时
的电流密度变化量。实验中获得了薄膜和纳米点的一个转变时
间S=38ms。对于薄膜,在褪色态和着色态之间的变化量为
7.6%。纳米点的期望变化量为0.31%,但测试结果为1.55%,
纳米点未期望的大改变量可能是由于光的照射而产生了衍射,
而这并没有被光电倍增管收集到。
WO
3
薄膜除了电致变色特性外,其掺杂特性也为人们所关
注,这是因为WO
3
薄膜的吸收峰(1.4eV)并不在人眼睛的敏感
区域内,而含WO
3
的混合氧化物能改善吸收峰的位置,使之更
接近人眼的敏感峰(2.25eV),更符合人的视觉响应特点。李建
军等[6]利用电子束蒸发制备掺MoO
3
的WO
3
薄膜,使之具有较
好的电致变色性能。一般而言,纯WO
3
薄膜着色态呈蓝色,而
掺MoO3较多的WO3薄膜的着色态呈灰色;通过控制MoO3的
掺杂量,可以较好地改变WO
3
薄膜的颜色。随着Mo含量的增
加,薄膜在可见光区的透射率有所降低;而在近红外区域透射率
有增高的趋势。在循环伏安曲线中,着色过程出现了阴极峰,这
表明H+离子和电子注入到了WO
3
晶格结构中,并在其中发生
了阴极还原反应:W6+→W5+,其结果是产生了蓝色的钨青铜结
构。相反,褪色过程出现了阳极峰,这是由于H+离子和电子从
钨青铜结构中抽出,发生了阳极氧化反应:W5+→W6+。变色循
环曲线还存在一个阳极副峰,这是由掺杂的MoO
3
发生电致变
色产生的。随着Mo含量的增加,阳极峰的峰值也相应增加。
1.1.2MoO3
MoO
3
也是人们研究较多的电致变色材料,它是由[MoO
6
]
八面体构成的层状结构,金属原子Mo占据立方体的角顶,氧原
子平分棱边,中心原子空缺。每两个相似的链共边连接形成层
状的MoO
3
化学计量结构,层与层之间靠范德华力作用而交错
堆积排列。由无数个正八面体共用氧原子而形成的连续框架,
其中存在着广延的通道,可用作离子的流通渠道和嵌入位置[7]。
开放的MoO
3
晶体结构和它的水化物是H+、Li+等离子良好的
离子注入主体,这一优良的特性使其能够应用于电致变色器件
上。
MoO
3
的着色态称为钼青铜,其结构的开路记忆优于钨青
铜,但氧化较慢。此外MoO
3
在可见光区有较为平滑的吸收光
谱曲线,吸收峰在550nm附近,更接近于人眼对光线的敏感波
段,使人眼更易于适应其颜色变化,因此具有柔和的中性色彩。
目前,人们一般认为在其电致变色过程中,Mo只有Mo6+和
Mo5+两种价态存在,如式(3)所示[8]:
MoO
3
+xMe++xe-MeMo6+
(1-x)
Mo5+
x
O
3
(3)
(Me+=H+、Li+、Na+等)
阳离子Me+与e-同时注入后,MoO
3
由无色变成深蓝色。
但MoO
3
薄膜电化学的不稳定性制约了它的应用研究。采用过
氧溶胶-凝胶法在普通空气中制备纯的及掺杂阳离子(如Li+)
的MoO
3
薄膜,能有效提高MoO
3
电色薄膜的实用性。章俞之
等[9]采用此法在室温下通过10mol%Li+掺杂制得了MoO
3
溶
胶及薄膜。由图3和图4可知,经120e、1h处理的Li+掺杂
MoO
3
薄膜在五六个循环之后,即达到电荷注入/抽出的动态平
衡,使电荷注入容量大大提高,且每个循环的抽出电荷为注入电
荷的85%左右,具有良好的循环可逆性。将掺锂MoO
3
薄膜在
120e下处理1h,薄膜初始为无色,将其在-1.0V下偏压1min
后,着色态呈蓝色。再将其于+1.0V下偏压1min便获得褪色
态。结果表明,掺锂MoO
3
薄膜具有较强的阴极着色效应,褪色
态与着色态在可见光的变化率为20%~30%,最大变化幅度
#285#电致变色材料的变色机理及其研究进展/沈庆月等
$T为32.3%,是较好的电致变色材料。
图3MoO
3
B10mol%Li薄膜处理后的循环伏安特性曲线
Fig.3CyclicvoltammogramforMoO
3
B10mol%Lifilmannealed
图4MoO
3
B10mol%Li薄膜注入电荷密度随时间的变化
Fig.4Injectionchargeasafunctionoftimefor
MoO
3
B10mol%Lifilm
MuhammadYahaya等[10]将99.95%MoO
3
粉末压制成
13mm的圆片,在1.33@10-3Pa分压下,100~250e范围内采
用电子束蒸发技术在玻璃基片上制备了MoO
3
薄膜,并将沉积
的薄膜在380e热处理3h。试验表明,在100e薄膜为非晶相,
导电率为2.5@10-58-1#cm-1。基片温度对薄膜的导电性和
透过性能具有明显的影响,随着基片温度升高,导电性增加,但
是热处理后的薄膜导电性能降低,且与沉积基片温度无关。
1.2阳极电致变色材料
在低价还原状态无色,在高价氧化状态着色的电致变色材
料统称为阳极电致变色材料,包括第Ⅷ族及Pt族(Pt、Ir、Os、
Pd、Rh、Ru)等金属的氧化物或水合物,如NiO、IrO
x
、Rh
2
O
3
、
TiO
2
等。
1.2.1NiO
NiO薄膜在光学上属于中性色调,对透射光无附加颜色效
应,电致变色性能优良,且价格低廉,受到人们的重视。NiO薄
膜透过率的可调范围主要在可见光区,可调范围较大,经过105
次循环后,其电致变色性能降低较小。一般认为NiO的变色反
应为[11]:
NiO+OH-
着色
漂白
Ni(OOH)+e-(4)
即褪色态的NiO薄膜在OH-注入后转变为着色态的N-i
(OOH)。
Jin-YoungPark等[12]用溶胶-凝胶法在乙二醇和无水乙醇
的混合溶剂中制备了平均尺寸约为7nm的B相Ni(OH)
2
纳米
粒子。将此粒子分散在溶液中,在ITO基板上于室温下涂膜、
干燥并进行热处理。在330e处理50min所得的薄膜具有短程
有序结构,因此其电致变色性能要比在420e处理的薄膜好。
当在溶胶中加入丙酮和丙三醇后,薄膜的硬度和粘附性能得以
改善。此优化的薄膜形成无定形的多孔结构,在持续电压和脉
冲电压循环下具有较大的电流密度。在着色-褪色过程中,此薄
膜保持透明状态,并具有较高的着色效率(33.5cm2/C)和较快
的响应时间(1.0~2.5s)。
王连超等[13]以无水氯化镍、乙醇为前驱液,加入适量的丁
醇和柠檬酸作稳定剂,通过溶胶-凝胶法制成了NiO电致变色薄
膜。在褪色态,经不同温度热处理的薄膜在紫外-可见光区的透
光率差别不大;在着色态,经350e处理的薄膜比300e或
450e处理的薄膜的透射率小。这表明NiO薄膜的着色-褪色反
应发生在晶界,因为在350e热处理的薄膜,由于结晶完全,NiO
纳米晶粒的大小适中,着色态的颜色深,透光率低,所以对透过
的光强度具有更大的调节能力。图5为在350e、30min热处理
后薄膜的循环伏安特性曲线。在工作电压为+0.66V时形成着
色态;反向扫描时,当工作电压减小到0.59V时阴极褪色反应
开始,并在0.5V附近形成褪色态。在经过大约2个循环后,循
环伏安曲线已基本达到稳定状态,到第200个循环薄膜的工作
曲线仍无大的波动,表明薄膜经过上百次循环后仍能保持良好
的着色-褪色能力。
图5热处理后薄膜的循环伏安特性曲线
Fig.5Cyclicvoltammeteryofthefilmheattreatment
NiO薄膜的厚度可以影响NiO薄膜的离子存储能力。李
筱琳等[14]采用电子束蒸发法制备了NiO电致变色薄膜,并通过
膜厚测量监控薄膜厚度。随着薄膜厚度的增加,NiO薄膜着色
态的透过率逐渐减小,着色过程的电流逐渐增强,着色态和褪色
态的透过率变化差值逐渐增大。这是因为增加薄膜的厚度,即
薄膜的体积增加,也就意味着NiO分子总数增多。在注入和抽
取Li+离子的过程中,不管每一个NiO分子接纳Li+离子的比
例是多少,当NiO分子总数增加时,接纳的Li+离子的总数也会
增加,即对离子的存储能力增强,表现为电致变色特性提高。因
此,可以通过控制NiO薄膜的厚度来增强NiO的电致变色特
性。
#286#材料导报2007年5月第21卷专辑Ⅷ
1.2.2IrOx
IrO
x
具有从透明态向蓝黑色的电致变色效应。Sato[15]提
出了氧化铱的两种电致变色机理的理论模型,一种为H+的抽
出,另一种为OH-的注入。
Ir(OH)
3
-H+-e-IrO
2
#H
2
O(5)
Ir(OH)
3
+OH-+e-IrO
2
#H
2
O(6)
Patil等[16]采用空气溅射裂解技术,在镀氟掺杂锡氧化物
(FTO)玻璃基板上制备了电致变色氧化铱薄膜。图6为在
20mV/s下氧化铱经过1次和104次着色-褪色后的循环伏安曲
线。如图6所示,在循环伏安图中,位于~0.7V的阳极峰是由
Ir4+Ir3+内部电荷转移所引起,这使薄膜表现出良好的阳极电
致变色性能。氧化铱薄膜的循环可逆性随着色-褪色循环次数
的增加而更高,在超过2@104次着色-褪色循环后薄膜仍具有
良好的稳定性。另外,氧化铱薄膜在0.5mol/lH
2
SO
4
电解质中
表现出了较快的响应时间,着色过程为5.5s,褪色过程为2s。
图6氧化铱经着色-褪色后的循环伏安曲线
Fig.6Cyclicvoltammogram(CV)ofIr-oxideafter
colour-bleachcycle
1.2.3Rh2O3
Gottesfeld等对Rh
2
O
3
进行了研究[17],发现其可在正电压
下由黄色变为暗绿色或紫褐色,并认为其变色反应可表述为:
Rh
2
O
3
+2OH-+2h+2RhO
2
+H
2
O(7)
王海红等[18]采用溶胶-凝胶法制备了氧化铑电致变色薄
膜。图7是厚度为600nm的薄膜在1mol/LNaOH溶液中的循
环伏安曲线。除第1圈外,电极很稳定,循环100次基本无变
化。从亮黄(还原态)到深绿(氧化态)的颜色变化可重复上千次
循环且性能不变,基本上可满足制备电致变色器件的要求。
图7氧化铑薄膜的循环伏安曲线(1~100圈)
Fig.7Cyclicvoltamogramsofrhodiumoxidefilms(1~100cycles)
1.2.4普鲁士蓝
普鲁士蓝是一种具有多种变色特性的电致变色材料,能在
暗蓝色、透明无色(还原时)、淡绿色(氧化时)等颜色之间转变,
其一般通式为:Mc
k
[Md(CN)
6
]
l
,其中k、l为整数,Mc、Md为同
种金属不同价态的离子。对于普鲁士蓝系统,M为Fe的两种
离子:Fe2+和Fe3+。Neff[19]提出其变色反应式为:
JFe2+[Fe2+(CN)6]+e-+J+J2Fe2+[Fe2+(CN)6](8)
Fe3+
4
[Fe2+(CN)
6
]+4e-+4J+Fe2+
4
[Fe2+(CN)
6
]
3
(9)
这里的J+通常为K+,式子左边化合物为普鲁士蓝,右边分别称
为Everitt盐和普鲁士白。普鲁士蓝常与WO
3
组成互补变色系
统。
无机电致变色材料因具有化学稳定性好、与基板的粘附牢
固、制备工艺简单、抗辐射能力强、容易实现全固化等优点,目前
仍是人们研究的重点。实用化前途最好的WO3还是人们研究
得最多也是研究得最为详尽的材料。但是无机电致变色材料的
响应时间相对较长,色彩变化单一,有待于进一步改进。
2有机电致变色材料
2.1氧化还原型化合物
这类材料具有可逆的电化学氧化还原性质,氧化态和还原
态在不同可见光频率下具有相当大的摩尔吸收系数。一般来
说,这类化合物由一定长度的共轭键或环结构与给电子的杂原
子这两部分组成,其中以杂原子化合物居多,例如联吡啶、紫罗
精、蒽醌、四噻富瓦烯、吡唑啉及其衍生物。
紫罗精是一种最具代表性的有机电致变色材料,全名为1,
1c-双取代基-4,4c-联吡啶。它有3种氧化还原态,其间的转化
关系如图8所示。其中A为无色,也最稳定,为二价阳离子形
式;B为单价阳离子;C为中性粒子。每一步转化都会产生不同
的颜色。颜色的变化完全依赖于取代基(-R)。由于分子间存在
强烈的光电转移,从而使单价阳离子着色。当取代烷基较短时,
离子呈现蓝色(在较浓的溶液中呈蓝紫色)。随着链长的增加,
分子间二聚作用增加,颜色也逐渐变成深红色。紫罗精的变色
响应时间为10~50ms,循环次数在105以上,广泛用于汽车观
后镜和各种显示器中。
图8紫罗精3种氧化还原态之间的转化
Fig.8Thethreecommonredoxstatesofviologens
2.2金属有机螯合物
过渡金属离子与多配位体基配体形成螯合物时,金属离子
的d轨道受配体作用分裂成能级较低的T2g轨道和能级较高
的Eg轨道,这两种轨道间的能级差$大都落在可见光能级范
围内,从而使金属螯合物呈现$的互补色。利用这一原理可以
设计出各种颜色的金属有机螯合物,如稀土酞花菁已经形成了
一个系列,其结构式如图9所示。
#287#电致变色材料的变色机理及其研究进展/沈庆月等
图9酞花菁的结构(M为H或各种金属)
Fig.9Structureofphthalocyanine(M=Horvariousmetals)
M是镧系金属,当金属为三价时,活泼氢就留在络合物中,
分子式可简写为MH(Pc)
2
,Pc表示二价的(C
32
H
16
N
8
)2-。如
LuH(Pc)
2
膜的电致变色特征如下:
红色绿色蓝色紫色
+0.1V0.0V-0.8V-1.2V
(10)
Zhang等[20]分别对溶液和真空沉积薄膜镥系酞花菁
(LuPc
2
)的近红外电致变色性能进行了研究。中性的LuPc
2
在
1100~1600nm处具有近红外吸收性能,在电化学氧化态
(+1.0V),位于880nm处酞花菁具有一个吸收峰;在电化学还
原态(-1.0V),酞花菁在近红外区无吸收。另外,Zhang对
LuPc
2
的溶液和薄膜的电致变色器件在1300nm处的衰减也进
行了研究,衰减分别达到了0.31dB和0.28dB,响应时间分别为
24s和1s。这些结果表明,LuPc
2
是一类近红外电致变色材料,
在各种光学衰减器上具有潜在的应用。
2.3导电聚合物
许多共轭聚合物被小分子掺杂后呈现异常高的导电性,掺
杂剂种类和掺杂浓度除决定导电性外还支配其颜色变化。因此
人们基于这一事实研究了多种导电聚合物的电致变色行为,通
常是一些芳香化合物的高分子材料,主要有聚苯胺、聚吡咯、聚
噻吩、聚呋喃等。P电子占据的最高能级和未占据的最低能级
之间的能带宽(Eg)决定了这些材料内在的光学和电学性质,可
以通过掺杂和去掺杂来控制这些材料的光学性质,在掺杂的过
程中引入了极子、孤子、双极子等载流子,随掺杂程度由小到大
的变化,在分子的CB(导带)和VB(价带)之间依次出现极子能
级、双极子能级、双极子能带,价带电子向不同能级跃迁,使光谱
发生不同的变化。如果在一定范围内控制电压的大小,通过电
压决定掺杂程度的不同,从而导致可见光区的吸收不同,显示出
颜色的变化,就会发生电致变色现象[21]。聚苯胺(PANI)被预
言是一种很有发展前途的电致变色材料,其光学质量好,颜色转
换快,循环可逆性好,苯胺单体价格比较便宜。但由于苯环的存
在以及相邻分子链间较强的氢键作用,使其分子链的刚性增加,
在大多数有机溶剂中的溶解性较差。马利等[22]在不同的单体
浓度和摩尔分率条件下合成了聚苯胺-邻氨基苯甲酸、聚苯胺-
邻甲氧基苯胺、聚苯胺-邻甲基苯胺和聚苯胺,并对其溶解性、电
致变色性进行了较详细的研究。结果表明,通过苯胺与带有极
性或可溶性基团的苯胺衍生物共聚,可有效提高聚苯胺的溶解
性和可加工性,溶解性好的共聚态聚苯胺可制得稳定性和电致
变色性好的膜。由表1可知,聚苯胺-邻甲氧基苯胺不但具有较
高的溶解性,而且其变色响应时间最短,所成膜的均匀性和稳定
性都很好,具有较好的电致变色特性,易加工制得电致变色薄
膜。
表1聚合物的电致变色特性
Table1Theelectrochromicpropertiesofpolymers
ElectrochromicrangeResponsetime/s
Poly(aniline)0.4(1B1)Lightbrown-yellowyellow-greenblue-black0.8
-co-o-0.2(1B1)Lightbrown-yelllowblue-greenblue-black0.9
anthranilic0.4(3B1)Lightbrown-yelllowgreenblue-black1.0
Poly(aniline)0.4(1B1)Lightyellowyellow-greengreen-blueblack-purple0.2
-co-o-0.2(1B1)Lightyellowyellow-greengreen-blueblack-purple0.2
anisidine0.4(3B1)Lightyellowblue-greenblack-purple0.3
Poly(aniline)0.4(1B1)Lightyellowdarkgreenblack1.0
-co-o-0.2(1B1)Lightyellowyellow-greenblack1.2
methylaniline0.4(3B1)Lightyellowblue-green-black1.5
Polyaniline
0.4
0.2
Lightyellowyellow-greenblack
Lightyellowyellow-greenblack
2.0
2.0
Huang等[23]通过掺杂-去掺杂-复掺杂技术将聚苯胺(PA-
NI)与聚苯乙烯磺酸(PSS)掺杂。通过循环伏安图、原位UV-vis
分光光度计、X射线光电子能谱、扫描电子显微法(SEM)、热重
分析和电导率测试,证明PSS与PANI的共混产生了电化学和
电致变色性能、形态和聚合物薄膜结构的改变。PANI与PSS
掺杂具有交联/支链结构,降解产物极少,其着色效率比PANI
与CSA(DL-樟脑-10-磺酸)要高。这种结构提高了PANI的电
化学、电致变色性能和热稳定性。有机电致变色材料的色彩变
化一般为多色且易于通过分子设计来优化性能,其光学性能好,
颜色转换快,循环可逆性好。但是,有机电致变色材料一般通过
有机合成制得,与无机电致变色材料相比,制备工艺复杂,且不
易实现全固化;有机类不耐辐射,化学稳定性不高。
4结语
近年来,电致变色材料因在显示器件、智能窗、无眩反光镜、
军事防伪等方面具有广阔的应用前景而受到人们的重视。目
前,已经有部分产品上市,如汽车观后镜等。但是,电致变色材
料的研制与实际应用还存在一定距离,仍有尚待解决的问题,例
如变色响应时间慢、颜色保持时间短等。世界几个主要从事该
领域研究的国家如美国、日本、瑞典等,都致力于解决此类问题
及进一步应用。国内研究人员近年来也开始涉足该领域的研
究,但用于大屏幕信息显示的电致变色器件离实际应用仍有距
离,需要人们的不断研制与开发。
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