CN102531409A - 一种氯化铈掺杂聚苯胺电致变色薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种氯化铈掺杂聚苯胺电致变色薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料技术领域，涉及电子元器件材料与器件及设计与加工技术。以苯胺为基本原料，于碱性环境中，在基底材料导电玻璃上电化学聚合沉积得到预镀掺杂薄膜，而后在酸性环境下采用CeCl3作为掺杂助剂，进行电化学聚合得到掺杂有CeCl3的聚苯胺沉积薄膜。本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，以ITO玻璃为基底，表面镀掺杂有CeCl3的聚苯胺。该CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，薄膜结构致密、均匀，在不降低聚苯胺薄膜导电性的基础上，聚苯胺薄膜与基底的附着力更好，电致变色时600nm处透过率变化达到35%以上，适合作电致变色器件电极、太阳能电池电极以及其它光电转换电极。

Description

一种氯化铈掺杂聚苯胺电致变色薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及电子元器件材料与器件及设计与加工技术。
背景技术
聚苯胺是典型的导电高分子，具有独特的电学、光学、热学性质。在许多功能性材料和器件领域都展现出巨大的应用前景。在电致变色领域，聚苯胺一直是研究的热点，随着掺杂/脱掺杂的可逆过程，聚苯胺的颜色可以在淡黄色、黄绿色、蓝绿色、深蓝色、紫色之间变化。
然而聚苯胺与基底的附着力一直是聚苯胺成膜的难点，附着力不佳会导致聚苯胺与基底接触不紧密、导电性差、容易脱落等应用缺陷。
CN102129915A公布了一种染料敏化太阳能电池中透明聚苯胺薄膜的制备方法，是利用化学氧化法以ITO玻璃为导电基底放在反应液中进行原位聚合形成聚苯胺膜，该法制备出的聚苯胺薄膜具有高透明、高导电率的特点，但是存在薄膜附着力不佳的缺点。
CN1139883A中介绍了一种掺杂二氧化硅的聚苯胺的制备方法，将硅溶胶掺入到苯胺聚合的化学氧化体系中，在低温下合成了纳米级的二氧化硅掺杂的聚苯胺，其中二氧化硅的重量百分比为10-30%，该法解决了聚苯胺脆性大，韧性不够的缺点，但是牺牲了薄膜的导电性，大大减少了聚苯胺薄膜的应用空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好导电性和附着力的CeCl3掺杂聚苯胺薄膜及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的，首先以苯胺为基本原料，于碱性环境中，在基底材料导电玻璃上电化学聚合沉积得到预镀掺杂薄膜，而后在酸性环境下采用CeCl3作为掺杂助剂，进行电化学聚合得到掺杂有CeCl3的聚苯胺沉积薄膜。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，以ITO玻璃为基底，表面镀掺杂有CeCl3的聚苯胺。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，膜厚介于0.01um～1um之间。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，采用导电玻璃做阳极，金属做阴极，包括如下步骤：
（1）预镀：在强碱性体系溶液中，采用导电玻璃为阳极，金属片为阴极，恒电位条件下预镀，取出预镀玻璃，洗净至中性备用；
（2）镀膜：在强酸性体系中加入苯胺和CeCl3配制电镀液，以步骤（1）的预镀玻璃作阳极，金属片作阴极，恒电位电镀，用去离子洗涤至中性，干燥后得到本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺薄膜。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，预镀所用强碱性体系选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其混合体系。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，电镀所用强酸性体系选自硫酸、磷酸、盐酸、高氯酸中的一种或其中几种的混合体系。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，预镀电位介于0.5～1.1V之间。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，电镀电位介于0.6～1.8V之间。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，预镀所用碱溶液浓度为0.05～2mol/L。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，电镀所用酸溶液浓度为0.1～3mol/L。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，预镀和电镀过程所用苯胺单体浓度介于0.08～2mol/L之间，两过程苯胺单体浓度彼此独立。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，电镀所用CeCl3与苯胺单体的质量比为0.01～0.2。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，薄膜结构致密、均匀，在不降低聚苯胺薄膜导电性的基础上，聚苯胺薄膜与基底的附着力更好。
本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，电致变色时600nm处透过率变化达到35%以上，适合作电致变色器件电极、太阳能电池电极以及其它光电转换电极。
附图说明
附图1掺杂CeCl3的聚苯胺薄膜扫描电镜照片。
附图2不同电压下用掺杂CeCl3的聚苯胺薄膜为电极制作电致变色器件的光透过率曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明涉及的技术方案进行进一步描述，但不作为对本发明保护范围的限制。
实  施  例  一
在50ml蒸馏水中加入2g氢氧化钠，搅拌后加入3.72g苯胺，溶解后采用ITO玻璃为阳极，铜片为阴极，在室温下恒电位0.8V下预镀10min，取出ITO玻璃洗净至中性待用。在50ml的0.5mol/L硫酸溶液中加入3.72g苯胺，加入0.04g氯化铈，搅拌均匀，将预镀的ITO玻璃放入其中作为阳极，铜片作为阴极，在恒电位0.9Ｖ下电镀30min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗表面，放入80℃烘箱中干燥６小时。得到膜厚约0.2um的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜。
薄膜的扫描电镜照片如附图1所示，600nm处透过率变化值35.9%。以该薄膜为电极制作电致变色器件在不同电压下可见光波段透过率变化情况如附图2所示。
该薄膜可以抵御3m/s的水柱冲击，保持薄膜的完整性和功能性。
实  施  例  二
在50ml蒸馏水中加入0.1g氢氧化钠，搅拌后加入0.93g苯胺，溶解后采用ITO玻璃为阳极，铜片为阴极，在室温下恒电位0.5V下预镀10min，取出ITO玻璃待用。在50ml的0.1mol/L盐酸溶液中加入0.37g苯胺，加入0.08g三氯化铈，将预镀的ITO玻璃放入其中作为阳极，铜片作为阴极，在恒电位1.2Ｖ下电镀30min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗表面，烘干得到膜厚0.01um的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜。
600nm处透过率变化值18%。
实  施  例  三
在50ml蒸馏水中加入4g氢氧化钠，搅拌后加入0.37g苯胺，溶解后采用ITO玻璃为阳极，铜片为阴极，在室温下恒电位1.1V预镀10min，取出ITO玻璃待用。在50ml的1mol/L高氯酸溶液中加入9.3g苯胺，并加入0.15g三氯化铈，将预镀的ITO玻璃放入其中作为阳极，铜片作为阴极，在恒电位1.8Ｖ下电镀30min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗表面，烘干得到膜厚1um的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜。
600nm处透过率变化值21%。
实  施  例  四
在50ml蒸馏水中加入2g氢氧化钠和1.4g氢氧化钾，搅拌后加入9.3g苯胺，溶解后，采用ITO玻璃为阳极，铜片为阴极，在室温下恒电位0.6V下预镀10min，取出ITO玻璃待用。将25ml的1mol/L磷酸和25ml的0.3mol/L盐酸混合均匀后，加入3.7g苯胺，并加入0.8g三氯化铈，将预镀的ITO玻璃放入其中作为阳极，铜片作为阴极，在恒电位0.6Ｖ下电镀30min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗表面，烘干得到膜厚0.5um的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜。
600nm处透过率变化值24%。
实  施  例  五
在50ml蒸馏水中加入2g氢氧化钠和2.8g氢氧化钾，搅拌后加入1.86g苯胺，溶解后，采用ITO玻璃为阳极，铜片为阴极，在室温下恒电位0.7V下预镀10min，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三氯化铈，将预镀的ITO玻璃放入其中作为阳极，铜片作为阴极，在恒电位0.7Ｖ下电镀30min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗表面，烘干得到膜厚0.7um的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜。
600nm处透过率变化值26%。
对  比  例
在50ml蒸馏水中加入2g氢氧化钠，搅拌后加入3.72g苯胺，溶解后采用ITO玻璃为阳极，铜片为阴极，在室温下恒电位0.8V下预镀10min，取出ITO玻璃洗净至中性待用。在50ml的0.5mol/L硫酸溶液中加入3.72g苯胺，搅拌均匀，将预镀的ITO玻璃放入其中作为阳极，铜片作为阴极，在恒电位0.9Ｖ下电镀30min，取出ITO玻璃，用去离子水冲洗表面，放入80℃烘箱中干燥６小时。得到膜厚约0.2um的聚苯胺电致变色薄膜。
以该方式得到的薄膜受到3m/s水柱冲击时，薄膜破裂、脱落、失去性能。

Claims (11)

1.一种CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，以ITO玻璃为基底，表面镀掺杂有CeCl3的聚苯胺。
2.权利要求1涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，膜厚介于0.01um～1um之间。
3.权利要求1或2涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，采用导电玻璃做阳极，金属做阴极，包括如下步骤：
（1）预镀：在强碱性体系溶液中，采用导电玻璃为阳极，金属片为阴极，恒电位条件下预镀，取出预镀玻璃，洗净至中性备用；
（2）镀膜：在强酸性体系中加入苯胺和CeCl3配制电镀液，以步骤（1）的预镀玻璃作阳极，金属片作阴极，恒电位电镀，用去离子洗涤至中性，干燥后得到本发明涉及的CeCl3掺杂聚苯胺薄膜。
4.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，预镀所用强碱性体系选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其混合体系。
5.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，电镀所用强酸性体系选自硫酸、磷酸、盐酸、高氯酸中的一种或其中几种的混合体系。
6.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，预镀电位介于0.5～1.1V之间。
7.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，电镀电位介于0.6～1.8V之间。
8.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，预镀所用碱溶液浓度为0.05～2mol/L。
9.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜的制备方法，电镀所用酸溶液浓度为0.1～3mol/L。
10.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，预镀和电镀过程所用苯胺单体浓度介于0.08～2mol/L之间，两过程浓度彼此独立。
11.权利要求3涉及的CeCl3掺杂聚苯胺电致变色薄膜，电镀所用CeCl3与苯胺单体的质量比为0.01～0.2。
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