[发明专利]一种复合变色薄膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合变色薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

未来薄膜器件发展的一个重要方向是机械柔性、光透明、轻质及低成本，具备上述功能的薄膜器件最终有望用于生产便携式开关器件。因此，大面积制备该类薄膜器件的方法已成为研究人员日益关注的研究热点。无机过渡金属氧化物、同多酸或杂多酸与含有氨基或羟基的有机物复合形成的薄膜，由于其具有良好的光致变色和电致变色性能，在诸如超高密度信息存储、图像显示，激光印刷、以及新型感光材料等高新技术领域的潜在应用而受到广泛关注。目前，制备方法主要有旋转涂膜法、溶胶浇注法和层接层自组装法。但上述成膜方法的缺点限制了薄膜更为广泛更为实际的应用，例如，层接层自组装法和旋转涂膜法不易得到足够厚的薄膜，薄膜的色对比度较差，不利于进行仪器检测，且上述方法非常耗时(Fuzzy Nanoassemblies：Toward LayeredPolymeric Multicomposites，Gero Decher，Science，1997，277，1232；Construction ofSelf-Assembled Ultrathin Polyoxometalate/1，10-Decanediamine Photochromic FilmsGuangjin Zhang，Zhaohui Chen，Tao He，Haohao Ke，Ying Ma，Ke Shao，Wensheng Yang，and Jiannian Yao，J.Phys.Chem.B，2004，108，6944)；溶胶浇注法虽可解决上述问题，但所得薄膜易龟裂，且干燥过程中随着溶剂的挥发，溶质仍在运动，从而造成溶质(无机变色单元)在基片的边缘和中间分布不同，最终导致薄膜质地不均一；该方法亦较难控制操作条件(Thermally Enhanced Visible-light Photochromism ofphosphomolybdic Acid-Polyvinylpyrrolidone Hybrid films，Guangjin Zhang，WenshengYang，Jiannian Yao，Adv.Funct.Mater.2005，15，1255)。此外，该方法还存在严重缺陷，即无法得到具有柔性的自支撑薄膜。上述问题严重阻碍了高质量的光信息存储材料的发展。因此，亟待寻找一种更为简单实用的制备光信息存储材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合变色薄膜及其制备方法与应用。

本发明提供的制备复合变色薄膜的方法，选用无机过渡金属氧化物、同多酸或杂多酸等化合物作为变色单元，同时有针对性地引入能形成水凝胶且含有氨基或羟基的有机分子作为质子给体和主体基质。该方法包括如下步骤：

1)将能形成水凝胶且含有氨基或羟基的化合物与水混合，搅拌；

2)向上述步骤1)的反应体系中，加入无机过渡金属氧化物、同多酸或杂多酸，与水混合、搅拌，得到混合水溶液；

3)将上述混合水溶液涂布于基片上，凝胶化、干燥后，得到复合变色薄膜。

上述方法的步骤1)中，能形成水凝胶且含有氨基或羟基的化合物为琼脂糖、壳聚糖等多糖类化合物；聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸、胶原等多肽类化合物；上述能形成水凝胶且含有氨基或羟基的化合物在混合水溶液中的质量百分比浓度为0.4-5％；

步骤2)中，无机过渡金属氧化物、同多酸或杂多酸：如磷钨酸、硅钨酸、钨酸钠、Preyssler型的杂多酸(P₅W₃₀和EuP₅W₃₀)、三氧化钨、磷钼酸、铕夹心型的杂多酸Eu(SiW₁₀Mo)₂、磷钼钒酸(H₅PMo₁₀V₂)、钼酸钠或三氧化钼；其在混合溶液中的质量百分比浓度为0.2-10％。

上述方法中，步骤1)和步骤2)的搅拌温度均为80-100℃，并控制搅拌转速为500-1500转/分，优选1000转/分；步骤1)的搅拌时间为30-60分钟，步骤2)的搅拌时间为10-30分钟。步骤3)中，凝胶化步骤的温度为10-50℃，干燥温度为20-40℃，干燥时间为2-20小时。

上述方法中的步骤2)中，在向步骤1)的反应体系中加入无机过渡金属氧化物、同多酸或杂多酸时，还可同时加入发光化合物，再与水混合、搅拌，得到含有发光化合物的混合溶液；