專利名稱：一種氯化鈰摻雜聚苯胺電致變色薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子元器件材料與器件及設(shè)計(jì)與加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
聚苯胺是典型的導(dǎo)電高分子，具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)。在許多功能性材料和器件領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。在電致變色領(lǐng)域，聚苯胺一直是研究的熱點(diǎn)，隨著摻雜/脫摻雜的可逆過(guò)程，聚苯胺的顏色可以在淡黃色、黃綠色、藍(lán)綠色、深藍(lán)色、紫色之間變化。然而聚苯胺與基底的附著力一直是聚苯胺成膜的難點(diǎn)，附著力不佳會(huì)導(dǎo)致聚苯胺與基底接觸不緊密、導(dǎo)電性差、容易脫落等應(yīng)用缺陷。CN102U9915A公布了一種染料敏化太陽(yáng)能電池中透明聚苯胺薄膜的制備方法，是利用化學(xué)氧化法以ITO玻璃為導(dǎo)電基底放在反應(yīng)液中進(jìn)行原位聚合形成聚苯胺膜，該法制備出的聚苯胺薄膜具有高透明、高導(dǎo)電率的特點(diǎn)，但是存在薄膜附著力不佳的缺點(diǎn)。CN1139883A中介紹了一種摻雜二氧化硅的聚苯胺的制備方法，將硅溶膠摻入到苯胺聚合的化學(xué)氧化體系中，在低溫下合成了納米級(jí)的二氧化硅摻雜的聚苯胺，其中二氧化硅的重量百分比為10-30%，該法解決了聚苯胺脆性大，韌性不夠的缺點(diǎn)，但是犧牲了薄膜的導(dǎo)電性，大大減少了聚苯胺薄膜的應(yīng)用空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好導(dǎo)電性和附著力的CeCl3摻雜聚苯胺薄膜及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先以苯胺為基本原料，于堿性環(huán)境中，在基底材料導(dǎo)電玻璃上電化學(xué)聚合沉積得到預(yù)鍍摻雜薄膜，而后在酸性環(huán)境下采用CeCl3作為摻雜助劑，進(jìn)行電化學(xué)聚合得到摻雜有CeCl3的聚苯胺沉積薄膜。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，以ITO玻璃為基底，表面鍍摻雜有 CeCl3的聚苯胺。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，膜厚介于0. Olum Ium之間。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，采用導(dǎo)電玻璃做陽(yáng)極， 金屬做陰極，包括如下步驟
(1)預(yù)鍍?cè)趶?qiáng)堿性體系溶液中，采用導(dǎo)電玻璃為陽(yáng)極，金屬片為陰極，恒電位條件下預(yù)鍍，取出預(yù)鍍玻璃，洗凈至中性備用；
(2)鍍膜在強(qiáng)酸性體系中加入苯胺和CeCl3配制電鍍液，以步驟(1)的預(yù)鍍玻璃作陽(yáng)極，金屬片作陰極，恒電位電鍍，用去離子洗滌至中性，干燥后得到本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺薄膜。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，預(yù)鍍所用強(qiáng)堿性體系選自氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或其混合體系。
本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，電鍍所用強(qiáng)酸性體系選自硫酸、磷酸、鹽酸、高氯酸中的一種或其中幾種的混合體系。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，預(yù)鍍電位介于0. 5 1. IV之間。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，電鍍電位介于0. 6 1. 8V之間。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，預(yù)鍍所用堿溶液濃度為 0.05 2mol/L。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，電鍍所用酸溶液濃度為 0. 1 3mol/L。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，預(yù)鍍和電鍍過(guò)程所用苯胺單體濃度介于0. 08 2mol/L之間，兩過(guò)程苯胺單體濃度彼此獨(dú)立。本發(fā)明涉及的CeCl3·雜聚苯胺電致變色薄膜，電鍍所用CeCl3與苯胺單體的質(zhì)量比為0. 01 0. 2。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，薄膜結(jié)構(gòu)致密、均勻，在不降低聚苯胺薄膜導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上，聚苯胺薄膜與基底的附著力更好。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，電致變色時(shí)600nm處透過(guò)率變化達(dá)到35%以上，適合作電致變色器件電極、太陽(yáng)能電池電極以及其它光電轉(zhuǎn)換電極。


附圖1摻雜CeCl3的聚苯胺薄膜掃描電鏡照片。附圖2不同電壓下用摻雜CeCl3的聚苯胺薄膜為電極制作電致變色器件的光透過(guò)率曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明涉及的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步描述，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例一
在50ml蒸餾水中加入2g氫氧化鈉，攪拌后加入3. 72g苯胺，溶解后采用ITO玻璃為陽(yáng)極，銅片為陰極，在室溫下恒電位0.8V下預(yù)鍍lOmin，取出ITO玻璃洗凈至中性待用。在 50ml的0. 5mol/L硫酸溶液中加入3. 72g苯胺，加入0. 04g氯化鈰，攪拌均勻，將預(yù)鍍的ITO 玻璃放入其中作為陽(yáng)極，銅片作為陰極，在恒電位0.9 V下電鍍30min，取出ITO玻璃，用去離子水沖洗表面，放入80°C烘箱中干燥6小時(shí)。得到膜厚約0. 2um的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜。薄膜的掃描電鏡照片如附圖1所示，600nm處透過(guò)率變化值35.9%。以該薄膜為電極制作電致變色器件在不同電壓下可見(jiàn)光波段透過(guò)率變化情況如附圖2所示。該薄膜可以抵御3m/s的水柱沖擊，保持薄膜的完整性和功能性。實(shí)施例二
在50ml蒸餾水中加入0. Ig氫氧化鈉，攪拌后加入0. 93g苯胺，溶解后采用ITO玻璃為陽(yáng)極，銅片為陰極，在室溫下恒電位0.5V下預(yù)鍍lOmin，取出ITO玻璃待用。在50ml的 0. lmol/L鹽酸溶液中加入0. 37g苯胺，加入0. 08g三氯化鈰，將預(yù)鍍的ITO玻璃放入其中作為陽(yáng)極，銅片作為陰極，在恒電位1.2 V下電鍍30min，取出ITO玻璃，用去離子水沖洗表面，烘干得到膜厚0. Olum的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜。600nm處透過(guò)率變化值18%。實(shí)施例三
在50ml蒸餾水中加入4g氫氧化鈉，攪拌后加入0. 37g苯胺，溶解后采用ITO玻璃為陽(yáng)極，銅片為陰極，在室溫下恒電位1. IV預(yù)鍍lOmin，取出ITO玻璃待用。在50ml的lmol/L 高氯酸溶液中加入9. 3g苯胺，并加入0. 15g三氯化鈰，將預(yù)鍍的ITO玻璃放入其中作為陽(yáng)極，銅片作為陰極，在恒電位1.8 V下電鍍30min，取出ITO玻璃，用去離子水沖洗表面，烘干得到膜厚Ium的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜。600nm處透過(guò)率變化值21%。實(shí)施例四
在50ml蒸餾水中加入2g氫氧化鈉和1. 4g氫氧化鉀，攪拌后加入9. 3g苯胺，溶解后， 采用ITO玻璃為陽(yáng)極，銅片為陰極，在室溫下恒電位0. 6V下預(yù)鍍lOmin，取出ITO玻璃待用。將25ml的lmol/L磷酸和25ml的0. 3mol/L鹽酸混合均勻后，加入3. 7g苯胺，并加入 0. 8g三氯化鈰，將預(yù)鍍的ITO玻璃放入其中作為陽(yáng)極，銅片作為陰極，在恒電位0.6 V下電鍍30min，取出ITO玻璃，用去離子水沖洗表面，烘干得到膜厚0. 5um的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜。600nm處透過(guò)率變化值24%。實(shí)施例五
在50ml蒸餾水中加入2g氫氧化鈉和2. 8g氫氧化鉀，攪拌后加入1. 86g苯胺，溶解后， 采用ITO玻璃為陽(yáng)極，銅片為陰極，在室溫下恒電位0. 7V下預(yù)鍍lOmin，取出ITO玻璃待用。 在50ml的3mol/L磷酸溶液中加入1. 86g苯胺并加入0. 37g三氯化鈰，將預(yù)鍍的ITO玻璃放入其中作為陽(yáng)極，銅片作為陰極，在恒電位0.7 V下電鍍30min，取出ITO玻璃，用去離子水沖洗表面，烘干得到膜厚0. 7um的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜。600nm處透過(guò)率變化值洸％。對(duì)比例
在50ml蒸餾水中加入2g氫氧化鈉，攪拌后加入3. 72g苯胺，溶解后采用ITO玻璃為陽(yáng)極，銅片為陰極，在室溫下恒電位0.8V下預(yù)鍍lOmin，取出ITO玻璃洗凈至中性待用。在 50ml的0. 5mol/L硫酸溶液中加入3. 72g苯胺，攪拌均勻，將預(yù)鍍的ITO玻璃放入其中作為陽(yáng)極，銅片作為陰極，在恒電位0.9 V下電鍍30min，取出ITO玻璃，用去離子水沖洗表面，放入80°C烘箱中干燥6小時(shí)。得到膜厚約0. 2um的聚苯胺電致變色薄膜。以該方式得到的薄膜受到3m/s水柱沖擊時(shí)，薄膜破裂、脫落、失去性能。
權(quán)利要求
1.一種CeCl3·雜聚苯胺電致變色薄膜，以ITO玻璃為基底，表面鍍摻雜有CeCl3的聚苯胺。
2.權(quán)利要求1涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，膜厚介于0.Olum Ium之間。
3.權(quán)利要求1或2涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，采用導(dǎo)電玻璃做陽(yáng)極，金屬做陰極，包括如下步驟(1)預(yù)鍍?cè)趶?qiáng)堿性體系溶液中，采用導(dǎo)電玻璃為陽(yáng)極，金屬片為陰極，恒電位條件下預(yù)鍍，取出預(yù)鍍玻璃，洗凈至中性備用；(2)鍍膜在強(qiáng)酸性體系中加入苯胺和CeCl3配制電鍍液，以步驟(1)的預(yù)鍍玻璃作陽(yáng)極，金屬片作陰極，恒電位電鍍，用去離子洗滌至中性，干燥后得到本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺薄膜。
4.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，預(yù)鍍所用強(qiáng)堿性體系選自氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或其混合體系。
5.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，電鍍所用強(qiáng)酸性體系選自硫酸、磷酸、鹽酸、高氯酸中的一種或其中幾種的混合體系。
6.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，預(yù)鍍電位介于0.5 1. IV之間。
7.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，電鍍電位介于0.6 1. 8V之間。
8.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，預(yù)鍍所用堿溶液濃度為 0. 05 2mol/L。
9.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜的制備方法，電鍍所用酸溶液濃度為 0. 1 3mol/L。
10.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，預(yù)鍍和電鍍過(guò)程所用苯胺單體濃度介于0. 08 2mol/L之間，兩過(guò)程濃度彼此獨(dú)立。
11.權(quán)利要求3涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，電鍍所用CeCl3與苯胺單體的質(zhì)量比為0.01 0.2。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子元器件材料與器件及設(shè)計(jì)與加工技術(shù)。以苯胺為基本原料，于堿性環(huán)境中，在基底材料導(dǎo)電玻璃上電化學(xué)聚合沉積得到預(yù)鍍摻雜薄膜，而后在酸性環(huán)境下采用CeCl3作為摻雜助劑，進(jìn)行電化學(xué)聚合得到摻雜有CeCl3的聚苯胺沉積薄膜。本發(fā)明涉及的CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，以ITO玻璃為基底，表面鍍摻雜有CeCl3的聚苯胺。該CeCl3摻雜聚苯胺電致變色薄膜，薄膜結(jié)構(gòu)致密、均勻，在不降低聚苯胺薄膜導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上，聚苯胺薄膜與基底的附著力更好，電致變色時(shí)600nm處透過(guò)率變化達(dá)到35%以上，適合作電致變色器件電極、太陽(yáng)能電池電極以及其它光電轉(zhuǎn)換電極。
文檔編號(hào)C03C17/34GK102531409SQ20111044725
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者于名訊, 劉永峙, 周桂明, 潘士兵, 范香翠, 連軍濤 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所