高分子电致变色材料

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• 无机电色材料的电化学变色性利用了氧化物中金属离子的价 态变化，它与简单的氧化一还原反应有着重大区别 首先， AxMOy的形成类似向物质掺杂，其体积不变，仍等于MOy的 体积，而氧化一还原反应是物质在阳极或阴极的生长，材料 的体积取决于工艺持续的时间；其次．AxM0y可看作x的连续 相(Continuous phase)，通常的氧化一还原反应是单一相 (Single phase)的生长；
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• 电解质层(EL)
• 电解质必须满足以下要求：提供电色材料所需的补偿离子， 或者说要和EC材料兼容；有高的离子电导率和高的电子电阻 率，即必须是离子的良导体和电子绝缘体。器件在透射模式 工作时，电解质必须透明；以及对EC和CE层无腐蚀性。
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• 对电极层(CE)
• 对电极的起码要求应是惰性的，即只作为电子的收集／发射 体。但在ECD中对电极还应作为离子的贮存层，当工作电极 EC被注入离子时，它供应离子到电解质层，而工作电极被抽 出离子时，将离子收集起来，以保持电解质层的电中性。因 而要求对电极也是电子和离子的混合导体。
• 透射型ECD要求对电极为工作电极的“互补”EC材料，即当工作 电极为氧化着色材料时选用还原着色材料为对电极材料，或者 反过来。这样，当工作电极处于消色态时，对电极也处于消色 态，不影响透光；而当前者处于着色态时，后者也处于着色态 ，有加强光吸收的效果。
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• 总结起来主要有4类： • 电致变色、 • 光致变色、 • 热致变色 • 压致变色。
它们分别有各自的应用前景。
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• 3、已着色的材料如切断电荷流通路径(开路)、也不发生其它 氧化一还原反应时，可以保持着色状态，即有记忆功崩。
• 4、将有不同谱特性的材料以某种方式结合，有可能实现颜 色的组合，这被利用来发展混合氧化物EC系统，以得到例如 较适合人眼的光谱峰值响应以至彩色显示
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• 电致变色材料所用的材料要求具有良好的离子和电子导电性． 较高的对比度、变色效率和循环周期等电色性能。
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电化学变色性的特点
• 1、光密度与注入离子电荷△Q的关系，当△Q较小 时是线性的，较大时呈现出某种饱和，因此可通过 控制注入电荷量实现OD连续调控。
• 2、通过改变电压极性使电荷注入或抽取，可方便 地实现着色或消色，即着、消色有可逆性。不过着 ／消色是不对称的动力学过程：离子注入时受电色 电极／电解质界面势垒的限制，离子抽取时受电色 电极内空间电荷层的限制。这样，着、消色的响应 特性有区别。
• 按照材料类型可分为：无机电致变色材料和有机电致变色材料 。
• 按照物质的状态可分为：薄膜型(固体)、析出型(固体和液体相 互转化)和非析出型(溶液)。
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高分子电致变色材料的应用
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• 变色现象是指物质在外界环境的影响下．而产生的一种对光 的反应的改变。这种现象普遍存在于自然界。人们感兴趣的 是一种可逆的变色现象．即可利用一定的外界条件将它的颜 色进行改变和还原。总结起来主要有4类：电致变色、光致 变色、热致变色和压致变色。它们分别有各自的应用前景。
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• 第三， AxM0y的着／消色(电荷的注入／抽取)反应动力学与固 体／电解质界面以及固体内的性质紧密相关，通常的氧化一 还原反应只和电极／电解质界面的性质有关。
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• 透明导电层(TC)
• 两侧TC层作器件与外电源之间的电接触，常用ITO 膜或SnO2膜。前者透光性较好但抗酸腐蚀能力不 如后者。TC层可用CVD、电子束蒸发、溅射等方 法制作。TC层用作EC层的衬底时需注意两个问题 ：一是液体电解质通过EC层的周边侵入TC层，可 导致它从玻璃基板上剥落，造成器件报废；二是 In或Sn(或者还有掺杂荆Sb、F等)扩散到EC膜中， 对电色特性造成不良影响。
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• 反射型ECD的对电极和工作电极可以是相同材料。虽然甲电极着 色时己电极消色，或者反过来，但不会影响正面电极的观察。
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• 无机电致变色材料的光吸收变化是因为离子和电子的双注入 和双抽取而引起的，其性能稳定。
• 有机电致变色材料的光吸收变化来自氧化还原反应．其色彩 丰富．易进行分子设计。
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电致变色材料的工作原理
• 其实质是一个电极颜色能随充放电过程发生可逆转变的超薄 电池。
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• 显色一消色”过程伴随着电子转移和保持材料电中性的离子 传导。一般电致变色薄膜采用多层结构，在两层透明导体中 交替填充着电致变色层、离子导体和对电极三层活性薄层。 处于中间的离子导体作为电解质起着把自由离子从储电层(对 电极)传输到电致变色层的作用，此时薄膜将由透明变为不透 明。
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• 电致变色层(EC，也叫工作电极) • 为了得到电色活性，要求EC层是无定形或微晶结构，并使膜
中有必要的含水量。因为晶体的高度不完整性(开放性的晶格 结构加上晶粒边界及其它缺陷)便于离子的传输；同时，水对 离子的传输有关键作用。
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• 有机电色材料是某些液体中的离子或分子的络合物，它或者 在阴极得到一个电子被还原，或者在阳极失去一个电子被氧 化，其反应产物具有着色吸收，或与原有物质颜色不同 产物 通常有低得多的溶解度，因而可能沉积出来。有的材料具有 两种以上的氧化态，因而可发生单电子或双电子甚至多电子 反应，各对应不同的颜色，即有多种颜色变化。