高分子电致变色材料

电致变⾊材料的研究进展电致变⾊材料的研究进展The Research Progress on ElectromicMaterial摘要电致变⾊材料的变⾊机理对电致变⾊材料的制备、理化性质有很⼤的影响。

本⽂采⽤阅读⼤量⽂献并对⽂献进⾏分析总结的⽅法，针对电致变⾊材料的变⾊机理进⾏概括总结，并且针对有机电致变⾊材料、⽆机电致变⾊材料，结合每种电致变⾊材料制备⽅法等进⾏研究综述，得到了如下结果:⽬前变⾊机理共分为六类，其中双重注⼊/抽出模型是公认的电致变⾊模型之⼀。

针对典型的⽆机电致变⾊材料和有机电致变⾊材料进⾏制备⽅法和变⾊机理进⾏总结归纳，并进⾏对⽐分析。

并且针对WO3 薄膜提出了提⾼薄膜变⾊效率，延长薄膜寿命，缩短薄膜变⾊响应时间等改进建议。

关键词：电致变⾊；变⾊机理；制备⽅法；性质分析⽬录摘要 ................................................................................................................................. I 1 绪论 .. (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究⽬的及意义 (1)1.3 电致变⾊材料概述 (1)1.3.1 电致变⾊现象 (1)1.3.2 电致变⾊材料的发展 (1)1.4 研究现状 (2)1.4.1 国内研究现状 (2)1.4.2 国外研究现状 (4)1.5 研究内容 (6)2 电致变⾊机理 (7)2.1 ⾊⼼模型 (7)2.2 双重注⼊/抽出模型 (7)2.3 极化⼦模型 (9)2.4 电化学反应模型 (9)2.5 能级模型 (10)2.6 配位场模型 (10)2.7 本章⼩结 (11)3 ⽆机电致变⾊材料 (12)3.1 阴极电致变⾊材料 (12)3.1.1 WO3 (12)3.1.2 MoO3 (14)3.1.3 TiO2 (15)3.2 阳极电致变⾊材料 (15)3.2.1 NiO (15)3.2.2 V2O5 (16)3.2.3普鲁⼠蓝 (16)3.3 本章⼩结 (16)4 有机电致变⾊材料 (18)4.1 有机⾼分⼦电致变⾊材料 (18)4.1.1 聚吡咯类 (18)4.1.2 聚噻吩类 (19)4.1.3 聚苯胺类 (19)4.2 有机⼩分⼦电致变⾊材料 (20)4.2.1 紫罗精 (20)4.2.2 ⾦属酞青化合物 (21)4.3 本章⼩结 (22)5 电致变⾊材料的应⽤及改进⽅案 (23)5.1 电致变⾊材料的的应⽤ (23)5.1.1 电⾊储存器件 (23)5.1.2 电致变⾊显⽰器件(ECD) (24)5.1.3 电⼦束印刷技术及传感器 (24)5.1.4 其他应⽤ (24)5.2 电致变⾊材料的改进⽅案 (25)结论 (26)参考⽂献 (27)1 绪论1.1 研究背景20世纪70年代，信息、材料和能源被⼈们称作当代⽂明的三⼤⽀柱。

电致变色玻璃原理
电致变色玻璃是一种智能材料，可以通过外加电场改变其透明度和颜色。

它由两层透明导电玻璃层之间夹着一层电致变色层组成。

当电致变色层通电时，其内部的结构发生变化，从而改变了可见光的透过程度。

电致变色层通常由具有离子扩散功能的镍钕酸钾晶体构成。

在无电场情况下，镍钕酸钾晶体呈现一种特定的结构，使得光无法通过，从而呈现为不透明状态。

但是，当电场施加到电致变色层上时，离子在电场的作用下开始扩散，改变了晶体结构，使得光线得以透过，因此玻璃变得透明。

除了透明度的改变，电致变色玻璃还能实现颜色的变化。

通过控制电场的大小和方向，可以改变离子扩散的速率和方向，从而控制玻璃的颜色。

一般来说，镍钕酸钾晶体在无电场时呈现紫色或黑色，但随着电场的加大，玻璃可以变成不同的颜色，例如蓝色、绿色或棕色。

电致变色玻璃的应用非常广泛。

在建筑领域，它可以用于智能窗户或玻璃幕墙，根据室内外环境的需要，自动调节透光度，节约能源。

在汽车领域，电致变色玻璃可以用于汽车天窗，提供更好的隐私和遮阳效果。

此外，在电子产品中，它还可以用于显示屏、电子墨水等。

这些都是电致变色玻璃优异性能和广泛应用的典型例子。

wo3电致变色原理电致变色是一种通过电场作用使材料的颜色发生变化的现象。

这种变色现象广泛应用于光电显示技术、智能玻璃、可穿戴设备等领域。

电致变色技术的实现离不开wo3这种材料。

wo3是一种具有半导体性质的氧化物材料，它的晶体结构是四方晶系。

wo3具有良好的电致变色性能，其原理是在外加电场的作用下，通过控制材料内部的电荷分布和晶格结构的变化，从而改变材料的光学性质，实现颜色的变化。

在wo3材料中，存在着钨原子和氧原子的离子键。

当外加电场施加在wo3材料上时，电场会影响材料中的电子分布和离子位置。

具体来说，外加电场会使wo3中的电子发生重排，形成正负电荷分布不均的情况。

这种电荷分布不均会引起wo3晶格结构的畸变，从而导致光的吸收和反射特性发生变化。

在没有外加电场时，wo3材料呈现出透明或淡黄色。

当外加电场施加在wo3材料上时，wo3的颜色会发生变化。

这是因为外加电场会引起wo3中电子的迁移，使电子填充到原本是禁带的能级中。

这种电子的迁移会导致wo3材料对特定波长的光的吸收增加，从而使材料呈现出不同的颜色。

电致变色的特点是可逆的。

当外加电场被移除时，wo3材料会恢复到原来的颜色。

这是因为wo3中的电子会重新回到禁带中，电荷分布和晶格结构也会恢复到初始状态。

除了wo3材料本身的特性外，电致变色的效果还与外加电场的强度和方向有关。

当外加电场的强度增加时，wo3材料的颜色变化更加明显。

而当外加电场的方向改变时，wo3材料的颜色也会发生相应的变化。

电致变色技术的应用非常广泛。

在光电显示技术中，电致变色材料被用于制作可调节透明度的显示屏。

通过控制电场的强度和方向，可以实现显示屏的透明度和颜色的调节。

在智能玻璃领域，电致变色技术可以实现玻璃的透明度调节，使玻璃在需要隔热或保护隐私时变得不透明，而在需要采光或观看外界景色时变得透明。

wo3电致变色技术通过控制材料内部的电子分布和晶格结构的变化，实现了材料颜色的变化。

光学中的一道光环--电致变色摘要随着现代化进程的高速发展，技术革新在各个领域如雨后春笋般出现。

备受瞩目的就是：电致发光、电致发光、太阳能等技术在世界各国勃勃兴起。

它的革新除了本行业的进步，也为其它的领域的发展提供了一个重要的契机。

近些年电致发光是一项研究很热门的一个领域。

电致变色的材料有很多种，可以在材料类型上进行分类，如无机变色材料，有机变色材料。

不同的材料在不同的条件下，所表现出来的功能有很大的差异，同时变色材料在一定程度上都有各自的缺陷，我们需要进行更深入的对其探讨、研究，以便做出出色的成果。

本文在参阅国内外对变色材料的研究的文献基础上，对电致变色这一现象进行深入的探讨。

了解电致变色的工作机理，材料组成，以及不同材料的优缺点，以便以后对电致变色的研究打下良好的基础。

太多关键字：技术革新，电致发光，电致发光，太阳能，变色材料，应用趋势，工作机理关键词 3-5就可以了绪论随着电致变色技术在汽车、建筑、印刷等大领域的广泛应用，我国电致变色技术研究出现了一个空前的热潮，石墨烯纳米材料、透明电极、导电聚合物等高科技产品和物质不断被开发出来。

许多的专家对变色材料进行深入的研究，并使许多的材料投入使用，起到巨大的经济效益。

而现实中，变色材料体现出他特有的性能，得到广大消费者的青睐。

为消费者提供便利的同时，促进了变色材料的新革命。

1电致变色的介绍1.1电致变色的概念电致变色(Electrochromism, EC)是指材料在紫外、可见光或(和)近红外区域的光学属性(透射率、反射率或吸收率)在外加电场作用下产生稳定的可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。

具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。

用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。

1.2 电致变色的工作原理电致变色材料在外加电场作用下发生电化学氧化还原反应，得失电子，使材料的颜色发生变化。

器件结构从上到下分别为：玻璃或透明基底材料、透明导电层（如：ITO）、电致变色层、电解质层、离子存储层、透明导电层（如：ITO）、玻璃或透明基底材料器件工作时，在两个透明导电层之间加上一定的电压，电致变色层材料在电压作用下发生氧化还原反应，颜色发生变化；而电解质层则由特殊的导电材料组成，如包含有高氯酸锂、高氯酸纳等的溶液或固体电解质材料；离子存储层在电致变色材料发生氧化还原反应时起到储存相应的反离子，保持整个体系电荷平衡的作用，离子存储层也可以为一种与前面一层电致变色材料变色性能相反的电致变色材料，这样可以起到颜色叠加或互补的作用。

电致变⾊材料聚苯胺_邻胺基苯甲酸的合成条件及性能的研究收稿⽇期:2006O 12O 27作者简介:汤琪(1970-),男,重庆长寿⼈,博⼠⽣,重庆交通⼤学讲师,主要从事功能⾼分⼦材料和污⽔处理技术研究。

电致变⾊材料聚苯胺-邻胺基苯甲酸的合成条件及性能的研究汤琪1,王成章2(1.重庆交通⼤学,重庆400074;2.中国兵器⼯业第五九研究所国防科技⼯业⾃然环境试验研究中⼼,重庆400039)摘要:聚苯胺-邻胺基苯甲酸是⼀种溶解性能好的电致变⾊材料。

探讨了单体摩尔分数、单体浓度、氧化剂⽤量、反应时间、反应温度及酸度对聚苯胺-邻胺基苯甲酸性能的影响。

得出在苯胺与邻胺基苯甲酸摩尔分数为2B 1时,制得溶解性和电致变⾊性都很好且产率较⾼的聚苯胺-邻胺基苯甲酸的较佳反应条件为:盐酸浓度为1.2m o l/L 左右,反应时间为4~6h ,反应温度为20~25e ,单体浓度为0.4m o l/L 左右,氧化剂和单体摩尔浓度之⽐为1B 1。

关键词:聚苯胺-邻胺基苯甲酸;电致变⾊性;溶解性;合成条件中图分类号:TQ325.2 ⽂献标识码:A ⽂章编号:1001-3563(2007)04-0004-03S t udy on Synthesis Cond itions and Properties ofE lectroch ro m ic M aterials :Polyaniline -co -o -an t hran ilicTANG Q i 1,WANG Cheng-zhang2(1.Chongq i ng Jiaotong U n i v ers it y ,Chongq i ng 400074,Chi na ;2.W eather i ng T est and R esearch Cente r of Sc i ence T echnology and Industry for N ati onal D efense ,Chongq i ng 400039,Ch i na)Abstract :P o l yanili ne -co -o -ant hranilic is a good so l uble electrochro m ic m ater i a.l Some factors i nfl uen -c i ng t he prope rti es o f po l yan iline -co -o -anthran ilic were discussed ,such as m ono m e r ratio ,mono m er concen -trati on ,t he a m ount of ox i dant ,reacti on ti m es ,reaction te m perature ,and acid concentrati on .T he res u lts s howed that t hat when mo le rati o be t w een anili ne and an i sidi ne i s 2B 1,be tter reacti on cond iti ons o f synthe -s i zing po l yanili ne -co -o -ant hranilic w ith good so l ub ilit y,e l ectrochrom i s m and h i gh y ield is as fo llo w s :ac i d concentration is 1.2m ol/L,reacti on ti m es is 4~6h ,reac tion te mperature is 20~25e ,m ono m er concentra -ti on i s 0.4m o l/L,and the m ole ratio bet w een ox i dant and m ono m er is 1B 1.K ey w ords :po l yan iline -co -o -anthranilic ;e lectrochro m is m;so l ubility ;syn t hesizi ng conditions聚苯胺具有优良的导电性和电致变⾊特性,使其在智能窗和各种电致变⾊薄膜器件,军事伪装和节能涂料、电极材料、防腐材料、包装材料等⽅⾯有着⼴泛的⽤途[1]。

科学技术创新2019.27电致变色智能材料的应用与发展冉东生（黑龙江省对外科技合作中心,黑龙江哈尔滨150028）生物界变色现象在自然界中是普遍存在的，例如具有代表性的变色龙，它可以根据不同的外界环境变化使自身的颜色进行改变，并在另外一种环境下还原，从而实现颜色的伪装或者自身热量的存储[1]。

以此为基础，仿生材料现阶段所研究的变色现象主要有：电致变色、光致变色、热致变色、压致变色等。

与目前存在的其它被动变色技术相比，电致变色技术是一种新型的主动变色技术，其基本原理主要是利用外电压使电致变色材料的光学性能（吸收率、反射率、透过率）发生可逆的可见-红外光学颜色的变化，从而实现材料外观颜色以及透明度的变化[2]。

1电致变色材料的变色原理电致变色顾名思义就是通过施加外电压使材料发生颜色的变化，这个颜色可以从可见光延伸至红外光。

电致变色的变色原理目前被广泛接受的主要有以下两种：（1）基于有机分子的氧化还原机理-在外电压的作用下，有机高分子或者小分子电致变色材料发生氧化还原反应，使其分子的能带发生变化，从而引起材料的颜色变化。

（2）基于无机材料的晶格改变机理-外电压作用下，电解质离子嵌入到电致变色层引起晶格结构发生变化，从而使材料的颜色发生变化。

电致变色器件的结构主要包括基底层、集流体层、电致变色层、电解质层以及离子存储层，这些结构层被按照图1的顺序依次组装即成电致变色器件。

图1电致变色器件的典型结构在电致变色器件中电致变色层是核心部分，通过对它施加不同的外电压实现其颜色的变化；基底层是作为器件的一个支撑体，维持器件的完整结构；集流体层是一种附着在基底层上的导电体，其主要作用是实现外电路与器件的通路状态；电解质层的作用是实现器件内部离子的传输，同时也为电致变色层提供阴阳离子来维持电致变色层的电中性；离子存储层的作用存储反离子，实现器件的记忆效应，同时离子存储层也可以是与电致变色层材料性能完全相反的材料，从而实现器件颜色的互补[3]。