[发明专利]一种具有高电致变色性能的碳化钛-聚苯胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有高电致变色性能的碳化钛‑聚苯胺复合材料及其制备方法，属于电致变色技术领域。聚苯胺颗粒由于静电吸附作用可复合在碳化钛表面，形成的聚苯胺颗粒与碳化钛复合材料的多孔结构，以及碳化钛基底的导电性进一步提升了聚苯胺的电致变色性能（比如：光学对比度、循环稳定性等）。将具有导电性的片状碳化钛与颗粒状聚苯胺进行复合，该设计有效提高了聚苯胺的光学对比度，提升了本复合材料电致变色的循环稳定性，使得所制备的复合材料电致变色性能提高。

技术领域

本发明涉及一种电致变色性能的复合材料及其制备方法，尤其涉及一种具有高电致变色性能的碳化钛-聚苯胺复合材料及其制备方法，属于电致变色技术领域。

背景技术

随着电化学器件的发展，人们逐渐对“可视化”器件有了一定的性能要求，比如：器件的电致变色。其中，电致变色是指在施加一定电压的条件下，可逆的改变材料的光学性质，如透过率、响应速度等。聚苯胺用作电致变色材料，其具有对比度高、能够在不同电压下显示多种颜色等特点, 在电致变色材料及器件领域备受青睐。

目前，提升聚苯胺电致变色性能的方法主要是：以无机材料作为模板，经原位聚合与聚苯胺复合，通过无机材料的多孔结构来缩短聚苯胺的掺/脱掺杂时间。尽管该方法单方面提升聚苯胺的电致变色性能，但提升效果十分有限，其电致变色性能总体较低，循环稳定性较差等。

于2012年07月25日公开了“一种聚苯胺复合电致变色膜器件的制备方法”，其中，具体公开：先制备聚苯胺复合物及聚苯乙烯胶液，然后将聚苯胺复合物加入聚苯乙烯胶液，搅拌均匀后采用超声分散制得聚苯胺复合导电液，最终采用涂刷或喷涂方式将该导电液涂装于ITO导电玻璃或导电薄膜上得到聚苯胺复合电致变色膜；将聚苯胺复合电致变色膜与另一含电解质导电层粘合，于50-60 ℃干燥2-3 h，用环氧树脂将两层四周密封后制得聚苯胺复合电致变色膜器件。于2017年05月10日公开了“一种碳化钛/聚苯胺复合材料及其制备方法”，其中，具体公开：将二维层状纳米材料MXene-Ti₃C₂与盐酸溶液混合，分散均匀得到Ti₃C₂分散液；再向Ti₃C₂分散液中加入苯胺，分散均匀获得混合溶液；其中，苯胺和二维层状纳米材料MXene-Ti₃C₂之比为（0.1-0.3）mL：（100-600）mg；在0-5 ℃，向混合溶液中逐滴加入催化剂引发聚合，连续搅拌直至混合溶液由无色逐渐转变为黑色，离心、洗涤并干燥，得到碳化钛/聚苯胺复合材料。该发明中，在0-5 ℃低温搅拌处理制备PANI/Ti₃C₂复合材料，有效改善了Ti₃C₂在高温下容易被氧化的问题；然而，该技术方案中需要引入催化剂并对反应条件加以控制，实际操作和应用难度较大。

因此，急需一种操作简单、可操作性强且有效提升电致变色性能的材料及其制备方法。

发明内容

发明人在长期的研究中发现，聚苯胺颗粒依靠静电吸附作用可稳定复合在碳化钛表面，形成的聚苯胺颗粒与碳化钛复合材料的多孔结构，以及碳化钛基底的导电性可进一步提升了聚苯胺的电致变色性能（比如：光学对比度、循环稳定性等）。基于此，本发明针对现有技术存在的问题及难点，将具有导电性的片状碳化钛与颗粒状聚苯胺进行有效复合，从而提出了一种提升电致变色性能的复合材料及其制备方法。

为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

以片状碳化钛为基底，与颗粒状聚苯胺复合制备了一种具有高电致变色性能的碳化钛-聚苯胺复合材料。其中，碳化钛与聚苯胺之间的质量比为1：5-9，碳化钛长度为500-1000 nm，聚苯胺目数为10000-12500目。

本技术方案另提出一种具有高电致变色性能的碳化钛-聚苯胺复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：