CN113376915A - 一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种石墨烯‑聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，属于调光玻璃的技术领域，包括依次设置的第一导电层、石墨烯层、聚苯胺层、离子储存层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层之间还周向设有密封层。本申请具有变色响应速度更快的效果。

Description

一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃

技术领域

本申请涉及调光玻璃的领域，尤其是涉及一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃。

背景技术

电致变色调光玻璃是指调光玻璃在高低或正负外电场的作用下，通过注入或抽取电荷，从而在低透射率状态和高透射率状态之间产生可逆变化的一种特殊玻璃。由于能够通过改变电压实现可逆的颜色变化，电致变色调光玻璃在智能窗、显示器件、存储器件等均有广阔的应用前景。

电致变色调光玻璃中，电致变色层是变色反应的发生层，也是最为核心的部分，常见的电致变色材料可分为三大类：过渡金属氧化物、有机低分子化合物和导电高分子聚合物。其中，导电高分子聚合物有其特殊的优点，如聚苯胺材料由于其化学稳定性较强、电致变色效果显著、循环可逆性好、成本低廉等，而受到广泛关注。

当然，聚苯胺变色材料也有一定的缺陷，如聚苯胺变色材料的变色响应时间比较长，变色响应时间一般的定义是，变色材料的变色达到95％时所花费的时间。目前常见的聚苯胺电致变色调光玻璃一般采用ITO玻璃作为透明导电层，该种结构的调光玻璃在工作电压约为-0.2～0.8V时，其褪色时间大约为1.2s，其着色时间大约为6s，变色响应时间较长。因此，以聚苯胺为电致变色层的调光玻璃的性能还有进一步提高的空间。

发明内容

为了改善目前常见的聚苯胺电致变色层调光玻璃的变色响应时间较长的问题，本申请提供一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃。

本申请提供的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃采用如下的技术方案：

一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，包括依次设置的第一导电层、石墨烯层、聚苯胺层、离子储存层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层之间还周向设有密封层。

通过采用上述技术方案，石墨烯层具有良好的导电性，额外设置的石墨烯层能够提高聚苯胺的导电性，并改善聚苯胺的表面形貌，从而提高聚苯胺层的变色响应速度。另外，聚苯胺材料的电化学稳定性较差，这也是限制聚苯胺材料使用的一大问题，而石墨烯层和聚苯胺层的协同效应，能够有效提高聚苯胺材料的电化学稳定性。

可选的，所述石墨烯层的制备工艺具体包括以下工艺步骤：

步骤1、氧化石墨烯膜液的配置，具体为，将氧化石墨烯放入到水中，待氧化石墨烯完全溶解后，得到氧化石墨烯膜液；

步骤2、阳离子化处理，即在第一导电层靠近第二导电层的一侧涂覆阳离子表面活性剂，烘干后得到阳离子化的第一导电层；

步骤3、浸渍，即将步骤2中得到的阳离子化的第一导电层浸渍在步骤1中得到的氧化石墨烯膜液中；

步骤4、还原，即对步骤3中附着于第一导电层上的氧化石墨烯进行还原，得到涂覆有石墨烯层的第一导电层。

通过采用上述技术方案，单面涂覆有阳离子表面活性剂的第一导电层放入到氧化石墨烯膜液中后，涂覆于第一导电层上的阳离子表面活性剂部分溶解，部分仍然附着于第一导电层上。而由于氧化石墨烯表面带有大量活性带氧基团，氧化石墨烯溶于水后，表面带有较多负电荷。因此，溶于水中的阳离子表面活性剂吸附大量的氧化石墨烯，并被仍然附着于第一导电层上的阳离子表面活性剂吸附而附着于第一导电层上。即，第一导电层涂覆有阳离子表面活性剂的一面将粘附浓度较高的氧化石墨烯，而未涂覆有阳离子表面活性剂的一面仅有极少量的氧化石墨烯粘附。

将第一导电层上的氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯后，第一导电层上附着有大量的还原氧化石墨烯，并形成连续的还原氧化石墨烯膜。而还原氧化石墨烯膜的导电性十分良好，还原氧化石墨烯层能够显著提高聚苯胺层的导电性，从而促进聚苯胺层中电子的传输性能，以提高聚苯胺的变色响应速度。

此外，虽然相较于常见的导电性聚合物，聚苯胺的抗氧化稳定性较强，但是，聚苯胺上仍然含有较多π电子，会被氧化而逐渐失去导电性。氧化石墨烯上含有大量的含氧基团，其中存在醛基等具有一定氧化性的基团，这就导致了，若氧化石墨烯直接掺杂于聚苯胺中，不但会影响聚苯胺的导电性能(氧化石墨烯导电性很差)，还会影响聚苯胺的使用寿命。因此，将氧化石墨烯还原后再与聚苯胺进行聚合，不但能够提高聚苯胺的电化学稳定性，还能提高聚苯胺的导电性和使用寿命。

且发明人发现，相较于目前常见的将氧化石墨烯通过刮涂或旋涂等方式直接涂覆到基层上再进行还原的方式，采用上述特定的涂覆工艺，能够获得分布更均匀、厚度更统一的还原氧化石墨烯层，以获得更均匀的电学、光学性能。

可选的，所述步骤1具体包括以下工艺步骤：每100ml水中，加入氧化石墨烯0.005-0.01g，添加过程中保持震荡，添加完成后，继续震荡一段时间，震荡完成后，进行离心，取上层清液，即为氧化石墨烯膜液。

通过采用上述技术方案，相较于常见的氧化石墨烯镀膜工艺，本申请配置的氧化石墨烯膜液中，氧化石墨烯的浓度很低，这是由于，本申请特定的对第一导电层进行了阳离子化处理，从而使第一导电层能够主动捕捉氧化石墨烯膜液中的氧化石墨烯。这就使得，需要在第一导电层上涂覆同样厚度的氧化石墨烯层时，使用本申请的工艺，能够使用更低浓度的氧化石墨烯膜液。而氧化石墨烯的成本很高，是重要的成本控制项，在低浓度的条件下仍然能够顺利镀膜，大大降低了氧化石墨烯的浪费，降低了生产成本。

可选的，所述氧化石墨烯膜液中，每100ml水中还添加有腐殖酸0.002-0.003g。

通过采用上述技术方案，在氧化石墨烯膜液中添加腐殖酸是由于，腐殖酸能够提高氧化石墨烯之间的空间位阻斥力，从而提高氧化石墨烯膜液中氧化石墨烯的分散性，降低氧化石墨烯团聚絮凝而沉淀的可能。且阳离子表面活性剂对腐殖酸同样有吸附作用力，因此，腐殖酸的添加还能促进氧化石墨烯被第一导电层吸引。

另外，发明人发现，若不在氧化石墨烯膜液中添加腐殖酸，则将涂覆有阳离子表面活性剂的第一导电层放入氧化石墨烯膜液中后，氧化石墨烯快速被阳离子表面活性剂吸附，氧化石墨烯被吸附后局部浓度较高，容易产生絮凝团聚，最终制得的氧化石墨烯容易因为絮凝团聚而形成厚度不均的膜。而添加腐殖酸后，阳离子表面活性剂虽然还能吸附大量氧化石墨烯，但是在腐殖酸的作用下，被吸附的氧化石墨烯分散均匀，不易絮凝团聚，能够获得更均匀的氧化石墨烯膜。

可选的，所述阳离子表面活性剂选用十六烷基三甲基溴化铵。

通过采用上述技术方案，由于氧化石墨烯上含有大量亲水性基团，因此，氧化石墨烯溶于水后能够形成十分稳定的分散体系，很难快速的以较高浓度附着于第一导电层。十六烷基三甲基溴化铵与氧化石墨烯之间存在相当强的吸引力，能够将大量氧化石墨烯吸附在第一导电层上。

可选的，所述步骤4具体包括以下工艺步骤：

步骤41、预烘，即将步骤3中的第一导电层取出，在第一温度下预烘第一时间，得到预烘导电层；

步骤42、还原，将步骤41中得到的预烘导电层在800±10℃的温度下热还原15±2min，热还原过程中保持氮气氛围保护，取出冷却后得到涂覆有石墨烯层的第一导电层。

通过采用上述技术方案，氧化石墨烯本身是一种绝缘材料，若不将氧化石墨烯还原，绝缘的氧化石墨烯层将第一导电层和聚苯胺层分隔，阻隔电子的运动。但是经过高温还原后，成为还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯是良好的导电材料，能够提高第一导电层的导电率。

发明人发现，若采用一步高温热还原，由于溶剂过多，在升温到较高温度后，大量的溶剂会发生爆沸，爆沸的溶剂带着氧化石墨烯材料一起脱落，使石墨烯无法成膜。

特定的两步烘干法，先在低温下进行预烘，能够将大部分溶剂除去，随后再进行高温热还原，不易因为溶剂的爆沸而导致氧化石墨烯的脱落，大大提高了石墨烯膜的完整性和连续性。

另外，十六烷基三甲基溴化铵吸附氧化石墨烯后，其颜色为红棕色，这显然不符合调光玻璃的应用要求，因此，必须将十六烷基三甲基溴化铵去除。而十六烷基三甲基溴化铵在800℃的温度下，会分解成小分子气体而逸散，而这些小分子气体逸散后，第一导电层上附着的还原氧化石墨烯层纯度极高，高纯度的还原氧化石墨烯透明度高，透光率高。且这些小分子气体逸散时，能够在石墨烯层上产生均匀的孔洞，聚苯胺层能够通过这些通孔渗入到石墨烯层内，从而大大提高聚苯胺层与石墨烯层的结合牢度，也能进一步提高聚苯胺层的导电性能。

因此，相较于一般的使用还原剂还原氧化石墨烯，使用热还原对氧化石墨烯进行还原不但能够获得纯度极高的还原氧化石墨烯层，还能提高还原氧化石墨烯层与聚苯胺层的结合牢度。

可选的，所述第一温度为40-60℃，所述第一时间为4-5h。

通过采用上述技术方案，预烘时的温度需要严格控制，这是由于，当温度过高时，溶剂蒸发运动过于剧烈，十六烷基三甲基溴化铵溶液容易产生泡沫，使得石墨烯无法成膜。当温度过低时，预烘时间过长，第一导电层表面的氧化石墨烯层容易产生流平性问题，使得制备得到的石墨烯膜厚度均匀性较差。

可选的，所述步骤42中，升温速率为50±1℃/min。

通过采用上述技术方案，发明人发现，当步骤42的升温速度较慢且升温到100℃左右时，十六烷基三甲基溴化铵会产生泡沫，产生的泡沫会使氧化石墨烯层脱落。而当步骤42的升温速度达到50℃/min左右时，由于在较短时间就达到了十六烷基三甲基溴化铵的分解温度，十六烷基三甲基溴化铵基本不产生泡沫，直接分解成小分子气体。

且在较高的升温速度下，得到的还原氧化石墨烯层的体积发生膨胀，形成有大量孔洞的膨化石墨烯层。这可能是由于，较快的升温速度使得残留的阳离子表面活性剂、少量溶剂以及官能团形成的气体以较为猛烈的形式喷出，从而使石墨烯层上产生大量孔洞，得到膨化石墨烯层。

膨化石墨烯层由于有大量孔洞，使得后续苯胺单体容易渗入并聚合到石墨烯层上，从而形成相互穿插交错的膜结构，这大大提高了聚苯胺在第一导电层上的结合牢度。并且，这种相互穿插的结构使得导电性良好的还原氧化石墨烯能够更好的分布于聚苯胺层中以提高聚苯胺层的导电性，还原氧化石墨烯协同提高聚苯胺电化学稳定性的效果也得到进一步的提高。

另外，膨化石墨烯层很脆，十分容易受损，在膨化石墨烯层上聚合聚苯胺层能够对膨化石墨烯层进行包覆，从而大大降低膨化石墨烯层受损的可能。

可选的，所述聚苯胺层由至少包括以下质量份的原料制备得到：

苯胺 5-6％；

高氯酸 10-12％；

水 余量。

通过采用上述技术方案，第一导电层表面有一层膨化石墨烯层，膨化石墨烯层的多孔结构吸附能力强，能够使苯胺在膨化石墨烯层的表面发生聚合，从而将疏松的膨化石墨烯层进行填充和包覆。

一般情况下，高氯酸掺杂的聚苯胺容易形成尖刺结构，尖刺结构的聚苯胺成膜性较差但是有更优良的导电性能，由于不易成膜，高氯酸掺杂的聚苯胺不易高牢度的结合到第一导电层上，这大大限制了高氯酸掺杂的聚苯胺的使用。

在预先引入了一层膨化石墨烯层后，由于多了很多附着位点和吸附孔洞，本来成膜性较差、不易附着于第一导电层表面的聚苯胺层，能够在第一导电层表面形成致密且连续的还原氧化石墨烯-聚苯胺复合膜，这样的膜结构附着力高、导电性好，克服了高氯酸掺杂的聚苯胺成膜性差的问题，保留了高氯酸掺杂的聚苯胺高导电性的效果，进一步提高了调光玻璃的响应速度。

可选的，所述聚苯胺层的制备工艺包括以下工艺步骤：

S1、聚合液配制，将高氯酸溶解于水中制成酸溶液，随后将苯胺加入到酸溶液中，添加过程保持搅拌，至苯胺全部溶解，继续搅拌一定时间，即得聚合液；

S2、电化学聚合，取涂覆有石墨烯层的第一导电层作为工作电极，铂片为对电极，标准Ag/AgCl电极为参比电极，进行电化学聚合。

通过采用上述技术方案，特定选择电化学聚合法是由于，相较于常见的涂覆法，电化学聚合法得到的聚苯胺膜更均匀，苯胺也更易于进入到膨化石墨烯层的孔洞中进行聚合，获得更密实、更均匀的聚苯胺膜。另外，由于第一导电层上有一层导电性良好的还原氧化石墨烯，第一导电层的导电性能更好，电化学聚合时，苯胺单体更易于被还原氧化石墨烯吸附并聚合成聚苯胺膜。

可选的，所述步骤S2中的工作电位0-1.5V，扫描速度50mV/s。

通过采用上述技术方案，在此条件下，能够获得变色性能好、透射率高的聚苯胺膜。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在调光玻璃中引入石墨烯层，石墨烯和聚苯胺协同能够提高聚苯胺的电化学稳定性，且石墨烯的良好导电性能够提高聚苯胺层的导电效果，从而提高调光玻璃的响应速度；

2.通过特定的石墨烯层涂覆工艺，能够形成厚度均匀、导电性好的还原氧化石墨烯层，且本申请中特定的涂覆工艺能够大大降低氧化石墨烯膜液的浓度，从而降低生产成本；

3.通过选用特定组分和配比的氧化石墨烯膜液，能够进一步提高氧化石墨烯膜的均匀度；

4.通过选用特定的二步热还原工艺，将氧化石墨烯膜还原成膨化的还原氧化石墨烯膜，不但能将前期引入的阳离子表明活性剂去除，还能获得特定的结构的还原氧化石墨烯-聚苯胺膜，从而大大提高聚苯胺层的导电性和结合牢度；

5.通过选用特定组分和配比的高氯酸掺杂的聚苯胺层，与前述引入的膨化的还原氧化石墨烯层配合，不但能够克服高氯酸掺杂的聚苯胺层成膜性较差的问题，还保留并进一步提高了高氯酸掺杂的聚苯胺层高导电性的效果。

附图说明

图1是本申请各实施例中变色调光玻璃的剖视图。

图2是本申请对比例1中变色调光玻璃的剖视图。

附图标记说明：1、第一导电层；2、第二导电层；3、石墨烯层；4、聚苯胺层；5、离子储存层；6、密封层。

具体实施方式

以下结合附图1-2、制备例、实施例、对比例对本申请作进一步详细说明。

各制备例、实施例、对比例中所使用的原料来源记录为下表

除上表中记载的原料外，表中未记载的原料均常规市售即可。

制备例

制备例1

离子储存层5的制备工艺具体包括以下工艺步骤：

将高氯酸与乙腈混合配置成浓度为0.15mol/L的高氯酸溶液，配置完成后备用。

将等体积的丙烯碳酸酯和乙烯碳酸酯混合并搅拌均匀，得到混合单体备用。

每制备100g离子储存层5，都需要在反应容器中加入15g混合单体，再加入75g高氯酸溶液，将混合单体和高氯酸溶液搅拌均匀。随后加入6g聚甲基丙烯酸甲酯和4g高氯酸锂，搅拌均匀后，即得离子储存层5。

实施例

本申请实施例公开一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃。

由于各实施例中调光玻璃的结构相同，区别在于，石墨烯层3和聚苯胺层4的制备工艺、原料配比不同，故以实施例1为例对调光玻璃的结构进行说明。

实施例1

参照图1，本申请实施例公开一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，包括依次设置的第一导电层1、石墨烯层3、聚苯胺层4、离子储存层5和第二导电层2，第一导电层1和第二导电层2之间还周向设有环氧树脂胶密封层6，环氧树脂胶密封层6形成对石墨烯层3、聚苯胺层4和离子储存层5的周向密封。环氧树脂胶密封层6仅用于形成密封，对调光玻璃的变色性能影响不大，故此处密封层6选用常规市售的环氧树脂胶即可。

第一导电层1和第二导电层2均为ITO玻璃，第一导电层1和第二导电层2的导电涂层均位于相互靠近一侧的侧壁。且第一导电层1与电源的正极相连通，第二导电层2与电源的负极相连通。离子储存层5选用制备例1中得到的离子储存层5。

石墨烯层3的制备工艺具体包括以下工艺步骤：

膜液配制，将氧化石墨烯放入水中进行超声分散，氧化石墨烯的添加量为0.2g/100ml。超声功率600W，超声时间1h，超声完成后，进行离心，离心转速7000rmp，离心后取上层清液。在上层清液中加入氨水，氨水的添加量为4ml/100ml，处理半小时后，加入水合肼，水合肼的添加量为0.5ml/100ml，处理1h。处理完成后在100℃的温度下回流冷凝24h，以将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，处理完成后即得浓度为0.2g/100ml的还原氧化石墨烯膜液。

第一导电层1清洗，将第一导电层1使用过量丙酮清洗，清洗完成后，依次放入无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，超声清洗时间均为15min，得到洁净的第一导电层1。

旋涂石墨烯膜，使用还原氧化石墨烯膜液进行旋涂成膜，旋转速度1500rpm，旋转时间30s，随后将旋涂后的第一导电层1取出并在70℃的温度下烘干至恒重，即得到涂覆有还原氧化石墨烯层3的第一导电层1。

聚苯胺层4的制备工艺具体包括以下工艺步骤：

层液配置，将苯胺加入到高氯酸中进行超声分散，苯胺的添加量为0.5g/100ml，超声功率500W，超声时间20min，得到苯胺溶液。将过硫酸铵加入到高氯酸中进行混合，过硫酸铵的添加量为6g/100ml，得到过硫酸铵溶液。按照体积比，取1体积份的过硫酸铵溶液，缓慢加入到5体积份的苯胺溶液中，搅拌均匀后得到层液。

旋涂聚苯胺层4，使用层液在第一导电层1涂覆有还原氧化石墨烯层3的一侧进行旋涂成膜，旋转速度2000rpm，旋转时间30s，随后将旋涂聚苯烯后的第一导电层1取出并在60℃的温度下烘干月6h，即得涂覆有还原氧化石墨烯和聚苯胺的第一导电层1。

组装调光玻璃时，只需将制备例1中制备得到的离子储存层5均匀的涂覆到聚苯胺层4上，再将第一导电层1和第二导电层2盖合到一起，挤压第一导电层1和第二导电层2以将离子储存层5内的气泡排出。将第一导电层1和第二导电层2分别与电源导线连接，并用环氧树脂胶将第一导电层1和第二导电层2之间的缝隙密封，即得到石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，石墨烯层3的制备工艺具体包括以下工艺步骤：

步骤1、氧化石墨烯膜液的配置，具体为，将氧化石墨烯放入水中进行超声分散，氧化石墨烯的添加量为0.01g/100ml。超声功率600W，超声时间1h，超声完成后，进行离心，离心转速7000rmp，离心后取上层清液，即为氧化石墨烯膜液。

步骤2、阳离子化处理，将第一导电层1使用过量丙酮清洗，清洗完成后，依次放入无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，超声清洗时间均为15min，得到洁净的第一导电层1。随后在洁净的第一导电层1上旋涂阳离子表面活性剂，阳离子表面活性剂选用十六烷基三甲基溴化铵，旋转速度2000rpm，旋转时间30s。旋涂完成后，将第一导电层1取出并在60℃的温度下烘干至恒重即得到阳离子化的第一导电层1。

步骤3、浸渍，将步骤2中得到的阳离子化的第一导电层1浸渍到步骤1中得到的氧化石墨烯膜液中，浸渍过程中涂覆有阳离子表面活性剂的一侧朝上，并保持超声波震荡，超声波功率200W。浸渍1h后将第一导电层1取出。

步骤4、还原，将步骤3中得到的第一导电层1取出后在40℃下预烘5h，得到预烘导电层。随后将预烘导电层取出在800±10℃的温度下热还原15±2min，热还原过程中，升温速度为30±1℃/min。热还原过程中保持氮气氛围保护，取出冷却后得到涂覆有石墨烯层3的第一导电层1。

聚苯胺层4的制备工艺与实施例1相同，不赘述。

实施例3

实施例3与实施例2的区别在于，氧化石墨烯膜液中，氧化石墨烯的添加量为0.005g/100ml。

实施例4

实施例4与实施例2的区别在于，氧化石墨烯膜液中，不但添加有氧化石墨烯，还添加有腐殖酸，腐殖酸的添加量为0.003g/100ml。

实施例5

实施例5与实施例3的区别在于，氧化石墨烯膜液中，不但添加有氧化石墨烯，还添加有腐殖酸，腐殖酸的添加量为0.002g/100ml。

实施例6

实施例6与实施例4的区别在于，预烘时的温度为60℃，预烘时间为4h。

实施例7

实施例7与实施例6的区别在于，热还原过程中，升温速度为50±1℃/min。

实施例8

实施例8与实施例7的区别在于，聚苯胺层4的制备工艺包括以下工艺步骤：

S1、聚合液配制，将高氯酸溶解于水中搅拌均匀得到高氯酸溶液，随后将苯胺加入到高氯酸溶液中，添加过程保持搅拌，添加后继续搅拌，直至苯胺全部溶解，再搅拌30min，即得聚合液。最终得到的聚合液中，苯胺的浓度为5wt％，高氯酸的浓度为10wt％。

S2、电化学聚合，取涂覆有石墨烯层3的第一导电层1作为工作电极，铂片为对电极，标准Ag/AgCl电极为参比电极，进行电化学聚合。工作电位0-1.5V，扫描速度50mV/s，循环周期13圈。电化学聚合完成后将第一导电层1取出用水冲洗，然后晾干即可。

对比例

对比例1

参照图2，对比例1与实施例1的区别在于，调光玻璃的结构不同，调光玻璃包括依次设置的第一导电层1、聚苯胺层4、离子储存层5和第二导电层2。第一导电层1和第二导电层2之间还周向设有环氧树脂胶密封层6，环氧树脂胶密封层6形成对聚苯胺层4和离子储存层5的周向密封。

第一导电层1和第二导电层2均为ITO玻璃，第一导电层1和第二导电层2的导电涂层均位于相互靠近一侧的侧壁。且第一导电层1与电源的正极相连通，第二导电层2与电源的负极相连通。离子储存层5选用制备例1中得到的离子储存层5。

性能检测及检测数据

1、对比度和光学性能均匀度

1.1对比度

使用杭州彩谱科技有限公司的TH-100雾度计，分别测试调光玻璃开启和关闭时的可见光透过率，两者变化的最大差值即为对比度，用以表征调光玻璃变色前后的透过率变化，从而反映调光玻璃启闭前后的变色程度，对比度越大，说明变色程度越大。

1.2光学性能均匀度

将调光玻璃样品均匀划分为9个区域，使用杭州彩谱科技有限公司的TH-100雾度计，分别测试9个区域的透光率。其中，9个透光率中最大的数据记为Tmax，9个透光率中最小的数据记为Tmin，以下述公式计算光学性能均匀度：

光学性能均匀度＝100％-(Tmax-Tmin)；均匀度越高，说明调光玻璃各区域的光学性能差异越小。

2、变色响应时间

在调光玻璃两侧分别放置光源和光敏电阻，其中，光源距离调光玻璃150mm，光敏电阻距离调光玻璃5mm，开启光源后，读取光敏电阻的数据，光敏电阻反馈的数值能够反映出调光玻璃的变色程度。变色程度(不管是着色还是褪色)达到95％时所需的时间，即为调光玻璃的响应时间。分别测试调光玻璃开启到关闭时的响应时间(T_启闭)，以及调光玻璃关闭到开启时的响应时间(T_闭启)。

上述检测数据记录为下表

结论

需要注意的是，相较于行业标准JC/T2129-2012中规定的可见光透射比的检测方法，本申请中检测“对比度和光学性能均匀度”所使用的方法更严格，要求更高，对于调光玻璃整体性能的评价更全面。

通过比较对比例1和实施例1的数据可以得出，由于实施例1中额外旋涂有一层还原氧化石墨烯层3，调光玻璃的对比度和变色响应时间性能均有显著的提高。但是，实施例1的均匀度有小幅下降，可能是由于旋涂得到的还原氧化石墨烯层3均匀度较差，影响了整个调光玻璃的均匀度。

通过对比实施例1和实施例2的数据可以得出，由于实施例2中的还原氧化石墨烯层3选用了特殊的涂覆方式，得到了均匀度更好的还原氧化石墨烯层3，从而使实施例2中的调光玻璃均匀度更高。另外，实施例2中的氧化石墨烯浓度远低于实施例1中氧化石墨烯的浓度，而实施例2制备得到的样品各项性能均好于实施例1制备得到的样品，在保证质量的前提下，大大减少了氧化石墨烯的浪费，大大降低了成本。

通过对比实施例2和实施例4的数据可以得出，由于添加有腐殖酸，还原氧化石墨烯层3的均匀度更高，体现在实施例4中样品的均匀度有较为明显的提升。

通过对比实施例6和实施例7的数据可以得出，虽然升温速度为30±1℃/min时，还原氧化石墨烯层3能够成膜，且均匀度较好，还原氧化石墨烯层3并未膨化，因此，还原氧化石墨烯层3和聚苯胺层4分层现象比较严重。而当升温速度为50±1℃/min时，样品的对比度和响应时间等性能均有较大程度的提升。这是由于，还原氧化石墨烯层3膨化后，还原氧化石墨烯层3和聚苯胺层4相互交错，彼此成为较为整体的结构，从而使聚苯胺层4的导电性能得到提到，响应速度变快。另外，高氯酸掺杂的聚苯胺容易形成尖刺结构，特定结构的还原氧化石墨烯层3能够使苯胺渗入并附着于其上进行聚合，减少尖刺结构，成膜性更好，因此，其对比度和均匀度均有明显提高。

通过对比实施例7和实施例8的数据可以得出，特定选用电聚合的方式，得到的样品各项性能参数均更为优异，这是因为，采用电聚合的方式，苯胺更易于进入到膨化还原氧化石墨烯层3的孔隙中发生聚合，以得到整体性更高的膜结构。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：包括依次设置的第一导电层(1)、石墨烯层(3)、聚苯胺层(4)、离子储存层(5)和第二导电层(2)，所述第一导电层(1)和所述第二导电层(2)之间还周向设有密封层(6)。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述石墨烯层(3)的制备工艺具体包括以下工艺步骤：

步骤1、氧化石墨烯膜液的配置，具体为，将氧化石墨烯放入到水中，待氧化石墨烯完全溶解后，得到氧化石墨烯膜液；

步骤2、阳离子化处理，即在第一导电层(1)靠近第二导电层(2)的一侧涂覆阳离子表面活性剂，烘干后得到阳离子化的第一导电层(1)；

步骤3、浸渍，即将步骤2中得到的阳离子化的第一导电层(1)浸渍在步骤1中得到的氧化石墨烯膜液中；

步骤4、还原，即对步骤3中附着于第一导电层(1)上的氧化石墨烯进行还原，得到涂覆有石墨烯层(3)的第一导电层(1)。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述步骤1具体包括以下工艺步骤：每100ml水中，加入氧化石墨烯0.005-0.01g，添加过程中保持震荡，添加完成后，继续震荡一段时间，震荡完成后，进行离心，取上层清液，即为氧化石墨烯膜液。

4.根据权利要求3所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述氧化石墨烯膜液中，每100ml水中还添加有腐殖酸0.002-0.003g。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述步骤4具体包括以下工艺步骤：

步骤41、预烘，即将步骤3中的第一导电层(1)取出，在第一温度下预烘第一时间，得到预烘导电层；

步骤42、还原，将步骤41中得到的预烘导电层在800±10℃的温度下热还原15±2min，热还原过程中保持氮气氛围保护，取出冷却后得到涂覆有石墨烯层(3)的第一导电层(1)。

6.根据权利要求5所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述第一温度为40-60℃，所述第一时间为4-5h。

7.根据权利要求5所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述步骤42中，升温速率为50±1℃/min。

8.根据权利要求2-7任一所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述聚苯胺层(4)由至少包括以下质量份的原料制备得到：

苯胺 5-6％；

高氯酸 10-12％；

水 余量。

9.根据权利要求8所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述聚苯胺层(4)的制备工艺包括以下工艺步骤：

S1、聚合液配制，将高氯酸溶解于水中制成酸溶液，随后将苯胺加入到酸溶液中，添加过程保持搅拌，至苯胺全部溶解，继续搅拌一定时间，即得聚合液；

S2、电化学聚合，取涂覆有石墨烯层(3)的第一导电层(1)作为工作电极，铂片为对电极，标准Ag/AgCl电极为参比电极，进行电化学聚合。

10.根据权利要求9所述的一种石墨烯-聚苯胺复合电致变色智能动态调光玻璃，其特征在于：所述步骤S2中的工作电位0-1.5V，扫描速度50mV/s。

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