[发明专利]一种水热自组装制备聚苯胺电致变色薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，也属于高分子材料合成领域，特别涉及一种水热自组装制备聚苯胺电致变色薄膜的方法。

背景技术

电致变色是指在外加电场作用下，材料的光学性能(投射率、反射率、吸收率等)发生稳定、可逆的颜色变化。近年来，电致变色材料在智能窗、汽车防旋后视镜、显示器及太空温控器件等领域有着非常广阔的应用前景。

在众多电致变色材料中，导电聚合物聚苯胺膜具有导电性好、颜色丰富、单体廉价和结构可调控等优点，被认为是最具潜力的电致变色材料之一。目前，聚苯胺薄膜的制备方法主要有电化学聚合法和化学聚合法。但是其中也存在一些问题：1)采用化学聚合法在低温和常温条件下制备的聚苯胺形貌难以控制。2)采用电化学聚合法制备的聚苯胺受电极面积的限制难以大规模生产。3)采用旋涂法制得的薄膜具有制备简单的特点，但聚苯胺与导电玻璃结合强度差，聚苯胺容易脱落。因此，获得一种自组装生长聚苯胺薄膜的制备方法非常必要。

材料的性能直接由其结构决定，纳米结构如纳米线、纳米棒、纳米片往往在电化学活性等方面表现出优异的性能。纳米结构可由不同的制备方法来实现，其中，水热法是常用以制备无机晶体材料的一种方法。水热技术是模拟自然界的矿化现象而产生的，利用不同的条件，水热法可以得到丰富的纳米结构。我们的设想是采用生长无机晶体材料的水热技术来制备聚苯胺。目前，采用水热法制备聚合物的报道非常少，专利CN 102070783 B公布了一种微纳米聚苯胺晶体材料的水热制备方法，该方法可制备出球形、片状和纳米圆盘状的聚苯胺材料，但经过试验发现该材料无法均匀涂覆在FTO玻璃上，难以制备均匀薄膜，故极大的限制了其在电致变色及显示器件方面的应用。本专利由国家自然科学基金51503169，51402231资助。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水热自组装制备聚苯胺电致变色薄膜的方法，使聚苯胺直接生长在FTO玻璃上，增加电极与薄膜之间的结合力，改善聚苯胺的成膜性，并对该薄膜的电化学活性及电致变色性能进行研究，具有制备方法简单、可控性强等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水热自组装制备聚苯胺电致变色薄膜的方法，首先将进行表面处理后的FTO玻璃放入水热反应釜中；然后将表面活性剂溶于去离子水中，将苯胺单体、掺杂酸与氧化剂加入反应液中进行预反应，并将预反应后的混合溶液移入装有FTO导电玻璃的水热釜中，在一定条件下进行聚合反应。

所述FTO玻璃的表面处理之前，依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，清洗时间共45分钟。

所述FTO玻璃的表面处理方法是进行羟基化，所用的溶剂是过氧化氢和浓硫酸构成的混合液。例如，过氧化氢和浓硫酸体积比为7:3，FTO玻璃浸泡入该混合液中，加热温度为60-80℃，时间为12-24h，实现羟基化，羟基化后的FTO玻璃用去离子水冲洗数次，并用N₂气吹干备用。

所述FTO玻璃以导电面朝下倾斜放入反应釜中。

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，所述掺杂酸为十二烷基苯磺酸，所述氧化剂为过硫酸铵溶液。

所述表面活性剂0.7290g，溶于76mL去离子水中，静置至变澄清透明状，然后置于冰水浴中搅拌2分钟，滴加0.2mL苯胺单体，待分散均匀后加入4mL掺杂酸，搅拌约20分钟使其变为均一乳白色，最后加入4mL浓度为0.24mol/L的氧化剂，搅拌5分钟，完成预反应。

所述苯胺单体加入之前先经减压蒸馏处理。

所述进行聚合反应的条件为：130～160℃水热处理3小时，反应完成后将反应釜取出自然冷却。

所述装入反应釜的反应液体积不超过整个反应釜的2/3；反应结束之后对生长有聚苯胺的FTO导电玻璃采用去离子水进行反复清洗，非导电面沉积上的聚苯胺很容易清除，而导电面生长的聚苯胺则非常牢固，从而去除黏附在表面的样品，并在25-30℃下干燥。

与现有技术相比，本发明采用水热法制备聚苯胺薄膜，得到的薄膜结构规整、具有均匀的网状结构。聚苯胺薄膜与FTO电极之间结合紧密，且制备成本低廉、方法简便。本发明制备的聚苯胺薄膜具有较好的电致变色性能，可用于电致变色器件、传感器、显示器件等方面。其还具有如下优点：

1.将水热技术用于聚苯胺电致变色材料的制备，工艺流程可靠，且易于控制。

2.聚苯胺较低温和常温产物具有规则的形貌。

3.所得聚苯胺薄膜与FTO玻璃结合紧密，附着力强且不易脱落。