与ITO共价键接的电致变色聚合物在新型固态器件中的应用基础研究

Electrochromic polymers as new functional materials of green environmental protection, energy saving and low carbon, are considered one of the most promising smart materials. But in the existing electrochromic devices, the binding between polymer film and electrode surface is not strong and film is uneven, which greatly limits its application in solid-state electrochromic devices. This project takes the conductive polymer layer covalently bonded with indium tin oxide (ITO) electrode as the research object, makes a deeply study of the influence of composition, structure, thickness of polymer film and external environmental conditions on the electrochromic mechanism. The specific contents include: design and synthesize the polymer covalently bonded with ITO; construct a set of analysis theory and method by which we can trace the electrochromic process of polymer film and its dynamics on line, analyze the electrochromic process from the molecular level, and determine the kinetics; establish the assembly process and performance optimization method of solid-state large-area electrochromic devices; study the effect of ion transport mechanism and stability of polymer gel electrolyte and ion storage layer on the performance of electrochromic device. This project aims to reveal the internal essence and regularity of the electrochromic of polymer composite film covalently bonded with ITO, to lay the theoretical and technical foundation for effectively solving the problems in practical application of polymer electrochromic devices and developing a new type of all-solid-state polymer electrochromic device.

电致变色聚合物作为一种绿色环保、节能低碳的新型功能材料，被认为是目前最有应用前景的智能材料之一。但现有变色器件中存在聚合物薄膜与电极表面粘附不牢及成膜不匀的问题，从而极大地限制了其在固态变色器件中的应用。本项目以与导电电极中铟锡氧化物（ITO）层共价键接的聚合物为研究对象，对变色薄膜的组成、结构、厚度及外界环境条件对变色机制的影响进行深入研究。具体内容包括：设计和合成与ITO共价键接的聚合物；构建一套在线跟踪聚合物薄膜变色过程及动力学的分析理论与方法，从分子水平上解析其变色过程，测定变色过程的动力学；建立固态大面积变色器件的组装工艺和性能优化方法；研究高分子凝胶电解质和离子储存层材料的离子传输机制及稳定性对变色器件性能的影响。本项目旨在揭示与ITO共价键接的聚合物复合膜电致变色的内在本质和规律，为有效解决聚合物变色器件的应用难题和研制出新型全固态聚合物变色器件奠定理论和技术基础。

电致变色聚合物作为一种绿色环保、节能低碳的新型功能材料，被认为是目前最有应用前景的智能材料之一。但现有变色器件中存在聚合物薄膜与电极表面粘附不牢及成膜不匀的问题，从而极大地限制了其在固态变色器件中的应用。本项目以与导电电极中铟锡氧化物（ITO）层共价键接的聚合物为研究对象，对变色薄膜的组成、结构和厚度等条件对变色性能的影响进行深入研究。主要研究内容和结论概括如下：.（1）通过对导电电极中ITO层的表面改性，将具有不同分子结构的聚合物单体以共价键的形式与ITO键接起来，经化学氧化或电化学聚合后制得与ITO共价键接的聚合物薄膜。采用紫外-可见光谱仪与电化学工作站联用在线测试聚合物薄膜的变色过程及其动力学，揭示变色薄膜的响应时间、工作电压的影响因素及规律。结果表明，ITO基底与聚合物薄膜之间的粘附力增强，薄膜的稳定性得到提高，其掺杂/脱掺杂的重复性和电致变色性能较好。.（2）制得了5种含有不同基体的高分子凝胶电解质，并对其稳定性进行研究，测试了凝胶电解质与变色薄膜、电极之间的粘合性。所制得的凝胶电解质具有较高的可见光透过率和电导率，与电极之间的粘附力大，外界自然环境下放置试验表明凝胶电解质的稳定性较好。.（3）组装了多种固态聚合物电致变色器件，变色性能测试表明器件的响应时间短、循环稳定性好，为实际应用中器件的研制奠定了基础。经共价键接后的聚合物薄膜具有较好的电化学循环可逆性和稳定性，在外加电压作用下其颜色发生可逆变化且具有较长的循环寿命。由此表明，共价键接的方法可以有效改善聚合物薄膜的电化学稳定性，延长变色器件中聚合物薄膜的循环寿命，有望在固态电致变色器件中得到广泛应用。.该项目通过将聚合物电致变色薄膜与导电电极中ITO共价键接，不仅可以增加薄膜与电极之间的结合力，而且可以改善聚合物的成膜性，解决了常用物理方法沉积的电致变色薄膜易从ITO基底上脱离的问题，为固态聚合物电致变色器件的性能优化提供了方法借鉴。