本發(fā)明屬于摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料的合成技術領域,具體涉及一種羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料及其制備方法。
背景技術:
電致變色是指材料的反射率、透過率和吸收率等光學屬性,由于電化學引發(fā)氧化-還原反應而發(fā)生的可逆明顯的顏色變化。電致變色的原理是電活性物質(zhì)(在氧化/還原態(tài)的電子受/授體)的薄膜或表面的溶質(zhì),在電極上通過電子遷移而發(fā)生氧化、還原態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。對應于氧化/還原態(tài)的能帶的電子對光子吸收的差異使材料呈現(xiàn)不同的顏色。電致變色材料分為無機電致變色材料和有機電致變色材料。其中,因為有機電致變色材料特別是導電有機聚合物合成方法較簡易、材料成本低、顏色變化響應時間短、顏色變化種類多、突出的著色效率、穩(wěn)定性高和易于加工制作等特點,在智能窗、軍事偽裝、工業(yè)檢測和監(jiān)控和新一代無視角限制顯示器件等方面有著極大的應用潛力。
導電聚合物主要是一類芳香類化合物的聚合物,包括吡咯、噻吩、苯胺、呋喃、咔唑和聚吲哚等。處于氧化態(tài)時,這些導電聚合物是對陰離子摻雜的(p型摻雜),具有非定域的p電子能帶結構,價帶與導帶之間的能量差決定了這種材料的本征光學性質(zhì),并且具有記憶效應。處于還原態(tài)時,沒有摻雜時是絕緣的。其中聚吡咯(PPY)是具有剛性共軛大π鍵結構的一種的典型的導電聚合物,具有較高的電導率、良好的環(huán)境穩(wěn)定性、電導率可調(diào)和易合成質(zhì)輕等諸多優(yōu)點,在二次電池、防靜電與電磁屏蔽、傳感器和電致變色材料等多個領域具有廣闊的應用前景。在外電電壓作用下,其氧化態(tài)呈現(xiàn)藍紫色(λmax=670nm),而在還原時則表現(xiàn)出黃綠色(λmax=420nm)。但是,由于其脆弱性和光譜范圍窄等缺陷,限制了其應用潛力。通過摻雜可以在導電聚合物中形成極化子和雙極化子,誘導電子的狀態(tài)發(fā)生變化,改變聚合物變色特性;同時,摻雜還可以使聚合物的結構發(fā)生一定的變化,用于改善其加工性能。
羅丹明B是一種常見的綠色結晶或紅色紫色粉未,在不同溶劑、不同濃度的情況下具有不同的顏色,易吸收入射光的能量而發(fā)射長波,從而可以產(chǎn)生熒光。與其它常用的熒光染料相比,羅丹明B具有光穩(wěn)定性好、對pH不敏感、較寬的波長范圍和較高的熒光量子產(chǎn)率等優(yōu)點,因此,常作為客體摻雜染料摻雜到聚合物或者其它基底材料中,用以改變發(fā)光波長提高發(fā)光效率。然而,目前尚沒有染料摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料的相關報道。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明解決的技術問題是提供了一種光譜范圍寬、韌性好且循環(huán)使用壽命較長的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料及其制備方法。
本發(fā)明為解決上述技術問題采用如下技術方案,羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料的制備方法,其特征在于具體步驟為:
步驟(1),將吡咯和羅丹明B溶于鹽酸溶液中形成制備液,其中吡咯的摩爾濃度為0.1mol/L,羅丹明B的摩爾濃度為1.0ⅹ10-3~3.0ⅹ10-3mol·L-1;
步驟(2),采用三電極系統(tǒng)進行電化學沉積制備,以氧化銦錫導電玻璃電極為工作電極,以鉑片為輔助電極,以飽和甘汞電極為參考電極,電沉積前將步驟(1)形成的制備液充入氮氣以排除溶解于制備液中的氧氣,然后在室溫下采用恒電位模式進行電沉積,其中聚合電位為0.7~0.8V,電沉積時間為20~100s;
步驟(3),電沉積完成后,將沉積有摻雜羅丹明B的聚吡咯薄膜氧化銦錫導電玻璃電極用二次水沖洗,并在室溫下干燥。
進一步優(yōu)選,所述鹽酸溶液的摩爾濃度為0.1mol·L-1。
進一步優(yōu)選,所述制備液中羅丹明B的摩爾濃度為1.0ⅹ10-3~2.0ⅹ10-3mol·L-1。
本發(fā)明所述的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料,其特征在于是由上述制備方法制得的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果:
1、本發(fā)明制備的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料增加了現(xiàn)有聚吡咯導電聚合物電致變色范圍,該羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料在氯化鉀電解質(zhì)溶液中,施加電壓變化(-1~+1V)時,其變色范圍為紫色至淺黃色,而在相同條件下聚吡咯薄膜電致變色材料的變色范圍為藍紫色到黃綠色;
2、本發(fā)明制備的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料機械性能增強,增加了循環(huán)使用壽命,能夠經(jīng)受約250次氧化/還原循環(huán)過程,而在相同條件下聚吡咯薄膜電致變色材料能夠經(jīng)受約15~30次氧化/還原循環(huán)過程;
3、本發(fā)明制備的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料顏色轉(zhuǎn)換時間更短,小于1.5s,而在相同條件下聚吡咯薄膜電致變色材料顏色轉(zhuǎn)換時間大于2s。
具體實施方式
以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明,但不應該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例,凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
實施例1
(1)將吡咯和羅丹明B溶解于摩爾濃度為0.1mol·L-1的鹽酸溶液中形成制備液,其中吡咯和羅丹明B的摩爾濃度分別為0.1mol·L-1和1.5ⅹ10-3mol·L-1;
(2)采用三電極系統(tǒng)進行電化學沉積制備,以氧化銦錫導電玻璃電極為工作為電極,以鉑片為輔助電極,以飽和甘汞電極為參考電極,電沉積前將步驟(1)形成的制備液充氮氣10分鐘以排除溶解于制備液中的氧氣,然后在室溫下采用恒電位模式進行電沉積,其中聚合電位為0.8V,電沉積時間為50s;
(3)電沉積完成后,將沉積有摻雜羅丹明B的聚吡咯薄膜氧化銦錫導電玻璃電極用二次水沖洗,并在室溫下干燥。
本實施例制得的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料在氯化鉀電解質(zhì)溶液中,施加電壓變化(-1~+1V)時,其變色范圍為紫黑色到淺黃色,能夠經(jīng)受210次電致變色循環(huán)過程,而光學性能沒有明顯變化,顏色轉(zhuǎn)換時間為1.1s。
實施例2
(1)將吡咯和羅丹明B溶解于摩爾濃度為0.1mol·L-1的鹽酸溶液中形成制備液,其中吡咯和羅丹明B的摩爾濃度分別為0.1mol·L-1和2.0ⅹ10-3mol·L-1;
(2)采用三電極系統(tǒng)進行電化學沉積制備,以氧化銦錫導電玻璃電極為工作為電極,以鉑片為輔助電極,以飽和甘汞電極為參考電極,電沉積前將步驟(1)形成的制備液充氮氣10分鐘以排除溶解于制備液中的氧氣,然后在室溫下采用恒電位模式進行電沉積,其中聚合電位為0.8V,電沉積時間為100s;
(3)電沉積完成后,將沉積有摻雜羅丹明B的聚吡咯薄膜氧化銦錫導電玻璃電極用二次水沖洗,并在室溫下干燥。
本實施例制得的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料在氯化鉀電解質(zhì)溶液中,施加電壓變化(-1~+1V)時,其變色范圍為藍紫色到淺黃色,能夠經(jīng)受230次的電致變色循環(huán)過程,而光學性能沒有明顯變化,顏色轉(zhuǎn)換時間為1.3s。
實施例3
(1)將吡咯和羅丹明B溶解于摩爾濃度為0.1mol·L-1的鹽酸溶液中形成制備液,其中吡咯和羅丹明B的摩爾濃度分別為0.1mol·L-1和1.0ⅹ10-3mol·L-1;
(2)采用三電極系統(tǒng)進行電化學沉積制備,以氧化銦錫導電玻璃電極為工作為電極,以鉑片為輔助電極,以飽和甘汞電極為參考電極,電沉積前將步驟(1)形成的制備液充氮氣10分鐘以排除溶解于制備液中的氧氣,然后在室溫下采用恒電位模式進行電沉積,其中聚合電位為0.7V,電沉積時間為60s;
(3)電沉積完成后,將沉積有摻雜羅丹明B的聚吡咯薄膜氧化銦錫導電玻璃電極用二次水沖洗,并在室溫下干燥。
本實施例制得的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料在氯化鉀電解質(zhì)溶液中,施加電壓變化(-1~+1V)時,其變色范圍為藍紫色到淺黃色,能夠經(jīng)受230次的電致變色循環(huán)過程,而光學性能沒有明顯變化,顏色轉(zhuǎn)換時間為1.2s。
實施例4
(1)將吡咯和羅丹明B溶解于摩爾濃度為0.1mol·L-1的鹽酸溶液中形成制備液,其中吡咯和羅丹明B的摩爾濃度分別為0.1mol·L-1和3.0ⅹ10-3mol·L-1;
(2)采用三電極系統(tǒng)進行電化學沉積制備,以氧化銦錫導電玻璃電極為工作為電極,以鉑片為輔助電極,以飽和甘汞電極為參考電極,電沉積前將步驟(1)形成的制備液充氮氣10分鐘以排除溶解于制備液中的氧氣,然后在室溫下采用恒電位模式進行電沉積,其中聚合電位為0.8V,電沉積時間為20s;
(3)電沉積完成后,將沉積有摻雜羅丹明B的聚吡咯薄膜氧化銦錫導電玻璃電極用二次水沖洗,并在室溫下干燥。
本實施例制得的羅丹明B摻雜聚吡咯薄膜電致變色材料在氯化鉀電解質(zhì)溶液中,施加電壓變化(-1~+1V)時,其變色范圍為藍黑色到淺黃色,能夠經(jīng)受200次的電致變色循環(huán)過程,而光學性能沒有明顯變化,顏色轉(zhuǎn)換時間為1.1s。
以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點,本行業(yè)的技術人員應該了解,本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明原理的范圍下,本發(fā)明還會有各種變化和改進,這些變化和改進均落入本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。