一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种金属超分子聚合物‑碳纳米材料复合薄膜，包括Fe‑双三联吡啶金属超分子聚合物基体和分散在基体中的碳纳米材料，所述碳纳米材料的质量为Fe‑双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％。本发明专利技术提供的复合薄膜包括碳纳米材料和Fe‑双三联吡啶金属超分子聚合物，其中碳纳米材料具有独特的空间结构和优异的导电性，且能够在超分子聚合物中均匀分散，从而可以增加复合薄膜的导电性，减小电荷转移阻力，从而提高复合薄膜电致变色的循环稳定性、缩短响应时间；并且本发明专利技术提供的复合薄膜可以通过碳纳米材料的掺杂量的控制改变材料的电致变色颜色，有利于实际的工作环境。

【技术实现步骤摘要】
一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及功能复合材料的
，特别涉及一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜及其制备方法和的应用。
技术介绍
电致变色是指材料的光学属性在外加电场的作用下发生稳定、可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色材料可应用在智能窗、汽车防眩后视镜、显示器、军用伪装、电子纸、红外热辐射调制器件及信息存储等领域。常用的电致变色材料有无机电致变色材料(WO3、V2O5、IrO2、NiO和MnO3等)和有机电致变色材料(如紫罗精、稀土酞花菁、聚苯胺等)。无机电致变色材料具有化学稳定性好、抗辐射能力强、容易实现全固化等优点，但存在响应时间相对较长，色彩变化单一，加工过程复杂的缺点。有机电致变色材料色彩丰富，其色彩变化一般为多色，光学性能好，但有机电致变色材料通常不耐辐射，化学稳定性不高。因此，开发高性能的电致变色材料是该领域亟待解决的关键科学与技术问题。金属-超分子聚合物是近年来才开始研究的新型电致变色材料，是具有多配位点的有机小分子或聚合物与金属离子发生配位聚合反应而形成。金属-超分子聚合物具有结构多样、颜色丰富、对比度高、着色能力强和转换电压低的性质。此外，大多数金属-超分子聚合物的溶解性能好，可通过简单喷涂制备大面积薄膜，因此被称为新一代电致变色材料，兼具无机和有机电致变色材料的优点。但是，金属-超分子聚合物直接作为电致变色材料应用仍然具有循环稳定性差的缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的复合薄膜作为电致变色材料应用，循环稳定性好，且响应时间短。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜，包括Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物基体和分散在所述基体中的碳纳米材料，所述碳纳米材料的质量为Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％。优选的，所述碳纳米材料包括碳纳米管、酸化碳纳米管、富勒烯、氧化富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯和石墨粉中的一种或几种。优选的，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述酸化碳纳米管包括酸化单壁碳纳米管或酸化多壁碳纳米管。优选的，所述富勒烯包括C60或C70；所述氧化富勒烯包括氧化C60或氧化C70。本专利技术提供了上述方案所述复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物悬浮液，将所述Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物悬浮液和碳纳米材料超声混合，得到混合分散液；将所述混合分散液涂覆在基底上形成复合湿膜，将所述复合湿膜干燥后得到金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜。优选的，所述混合分散液中碳纳米材料的质量百分含量为1～10％，Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物的质量百分含量为90～99％。优选的，当所述碳纳米材料为酸化碳纳米管时，所述酸化碳纳米管的制备方法包括以下步骤：将碳纳米管和酸性氧化剂混合后进行热处理，得到酸化碳纳米管；所述酸性氧化剂包括硝酸、硫酸和双氧水中的一种或几种；所述热处理的温度为70～90℃，所述热处理的时间为3.5～4.5h。优选的，当所述碳纳米材料为氧化富勒烯时，所述氧化富勒烯的制备方法包括以下步骤：将富勒烯和氧化剂混合后依次进行超声分散和热处理，得到氧化富勒烯；所述氧化剂包括硝酸、硫酸和双氧水中的一种或几种；所述热处理的温度为70～90℃，所述热处理的时间为30～50min。本专利技术提供了上述方案所述金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜或上述方案所述制备方法制备的金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜作为电致变色材料的应用。本专利技术提供了一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜，包括Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物基体和分散在所述基体中的碳纳米材料，所述碳纳米材料的质量为Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％。本专利技术提供的复合薄膜中包括碳纳米材料和Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物，其中碳纳米材料具有独特的空间结构和优异的导电性，且能够在超分子聚合物中均匀分散，从而可以增加复合薄膜的导电性，减小电荷转移阻力，从而提高复合薄膜电致变色的循环稳定性、缩短响应时间；并且本专利技术提供的复合薄膜可以通过碳纳米材料的掺杂量的控制改变材料的电致变色颜色，有利于实际的工作环境。实施例结果表明，本专利技术提供的复合薄膜进行100次循环伏安测试后，其循环伏安图中的区域面积变化不大，说明本专利技术的复合材料具有良好的循环稳定性，并且碳纳米材料为碳纳米管时，本专利技术提供的复合材料褪色与着色的响应时间仅为1s和0.9s。本专利技术提供了上述方案所述复合薄膜的制备方法，本专利技术提供的制备方法步骤简单，适用于大规模生产，本专利技术提供的制备方法通过涂覆即直接得到薄膜，在军事伪装，智能窗、汽车防眩后视镜、显示器、电子纸、红外热辐射调制器件及信息存储等领域具有广泛的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物/酸化单壁碳纳米管复合薄膜与对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物薄膜的循环伏安测试对比图；图2为实施例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物/酸化单壁碳纳米管复合薄膜与对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物薄膜的透射测试对比图；图3为实施例2制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物/氧化石墨烯复合薄膜与对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物薄膜的循环伏安测试对比图；图4为实施例2制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物/氧化石墨烯复合薄膜与对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物薄膜的透射测试对比图；图5为实施例3制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物/氧化富勒烯复合薄膜与对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物薄膜的循环伏安测试对比图；图6为实施例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物/氧化富勒烯复合薄膜与对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物薄膜的透射测试对比图；图7为对比例1制备的Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物(FeL)、实施例1制备的金属超分子聚合物-酸化单壁碳纳米管复合薄膜(FeL/SWCNT)、实施例2制备的金属超分子聚合物-氧化石墨烯管复合薄膜(FeL/GO)和实施例3制备的金属超分子聚合物-氧化富勒烯管复合薄膜(FeL/C60)的循环伏安测试对比图。具体实施方式本专利技术提供了一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜，包括Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物基体和分散在所述基体中的碳纳米材料，所述碳纳米材料的质量为Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％。在本专利技术中，所述碳纳米材料的质量为Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％，优选为2～8％，进一步优选为3～5％；所述碳纳米材料优选包括碳纳米管、酸化碳纳米管、富勒烯、氧化富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯和石墨粉中的一种或几种，更优选为酸化碳纳米管、氧化富勒烯和氧化石墨烯中的一种或几种；所述碳纳米管优选包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述酸化碳纳米管优选包括酸化单壁碳纳米管或酸化多壁碳纳米管；所述富勒烯优选包括C60或C70；所述氧化富勒烯优选包括氧化C60或氧化C70。在本专利技术中，所述Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物为基体，所述碳纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属超分子聚合物‑碳纳米材料复合薄膜，包括Fe‑双三联吡啶金属超分子聚合物基体和分散在所述基体中的碳纳米材料，所述碳纳米材料的质量为Fe‑双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％。

【技术特征摘要】
1.一种金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜，包括Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物基体和分散在所述基体中的碳纳米材料，所述碳纳米材料的质量为Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物质量的1～10％。2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述碳纳米材料包括碳纳米管、酸化碳纳米管、富勒烯、氧化富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯和石墨粉中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的复合薄膜，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述酸化碳纳米管包括酸化单壁碳纳米管或酸化多壁碳纳米管。4.根据权利要求2所述的复合薄膜，其特征在于，所述富勒烯包括C60或C70；所述氧化富勒烯包括氧化C60或氧化C70。5.权利要求1～4任意一项所述复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物悬浮液，将所述Fe-双三联吡啶金属超分子聚合物悬浮液和碳纳米材料超声混合，得到混合分散液；将所述混合分散液涂覆在基底上形成复合湿膜，将所述复合湿膜干燥后得到金属超分子聚合物-碳纳米材料复合薄膜。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，曲大伟，郑一平，龚，庞雅莉，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：北京,11