[发明专利]一种电致变色复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及电流响应型传感材料技术领域，特别涉及一种电致变色石墨烯 / 聚二炔复合材料及其制备方法。

背景技术

有机共轭高分子具有优良的光电性能，已被开发用作多种重要的传感器材料，聚二炔（PDA）是突出的代表。聚二炔在受到外界环境（包括温度、酸碱度、化学试剂及应力等）的刺激时，会发生肉眼可见的明显的颜色变化，典型的颜色变化是蓝色变为红色。蓝色的聚二乙炔无荧光，而红色的聚二乙炔具有荧光，因此，聚二乙炔已被应用于色差及荧光传感器。研究表明，聚二乙炔的变色机理是由于外界刺激使聚二乙炔的侧链的运动自由度增大，从而引起主链断裂，导致聚二乙炔分子共轭长度变短而比较无序。文献 (Electrochromatic carbon nanotube/polydiacetylene nanocomposite ?bres，Nature Nanotechnology) 及中国发明专利（CN 101962913 B），报导了一种可逆电致变色的聚二乙炔/碳纳米管复合纤维，该复合纤维包含中空碳纳米管,于该碳纳米管内形成聚二炔,当复合纤维两端未导入电流时,其呈现第一种颜色,当复合纤维两端导入的电流超过一临界值,其颜色改变为第二种颜色,当复合纤维两端导入的电流断路时,其颜色恢复为第一种颜色；所述复合纤维的制备方法包括:用化学气相沉积法制得碳纳米管正立列纺成碳纳米管纤维；将二炔单体浸入到碳纳米管纤维中，然后用紫外线、X射线或γ射线照射使二炔单体聚合形成碳纳米管/聚二炔复合纤维。该复合纤维的响应性电流局限在10～30 mA，且在有些特殊的电子器件或生物模拟等方面，人们需要用到开-关型响应材料，即该材料对某一特定的电流进行特定响应，这类材料在电子器件领域有着较大的应用前景，然而，目前这类响应性电流可调控的、不可逆的电致变色复合材料未见报道。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种原料易得，制备工艺简单，材料颜色变化的响应性电流具有可调控、材料颜色具有不可逆性的电致变色复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种电致变色复合材料，它包括导电层和变色层，所述的导电层材料为石墨烯，所述的变色层材料为聚二炔；在通入电流前或通入的电流小于临界电流时，聚二炔为第一种颜色；当通入电流达到临界值时，聚二炔的颜色改变为第二种颜色，在该通入的临界电流断开后，聚二炔保持第二种颜色不变。

上述电致变色复合材料的制备方法，将石墨烯压制成片状，在其表面涂覆二炔单体溶液或二炔单体/聚合物基质，诱导二炔单体聚合，形成石墨烯/聚二炔或石墨烯/聚二炔/聚合物基质电致变色复合材料。

所述的聚合物基质包括聚氧化乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

    1、本发明利用石墨烯和二炔单体溶液，在诱导条件下进行固相聚合，从而得到石墨烯 / 聚二炔复合材料，该材料在未通入电流时，其聚二炔部分显示第一种颜色，当导入的电流达到某一强度时，该复合材料发生颜色的改变显示第二种颜色，当断开电流时，它的颜色不能再恢复成原来的第一种颜色颜色，而是保持显示的第二种颜色，提供了一种开、关型电流诱导变色材料，即不可逆电致变色材料，具有良好的应用前景。

2、本发明可通过控制石墨烯与聚二炔或聚二炔/聚合物基质的质量比，方便地得到不同电流响应的石墨烯 / 聚二乙炔 及 石墨烯/聚二炔/聚合物基质复合材料；材料的响应电流值可达到240 mA至680 mA，大大拓宽了聚二炔作为变色材料的应用领域。

附图说明

图1是本发明实施例提供的石墨烯的透射电镜图；

图2是本发明实施例提供的石墨烯的拉曼光谱图；

图3是本发明实施例提供的石墨烯 / 聚二乙炔复合材料通电前（曲线a）和通电后（曲线b）的紫外反射光谱对比图。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。

实施例1

制备石墨烯 / 聚二乙炔复合材料的方法包括以下几个主要步骤：