基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜制造技术

本发明专利技术提供了基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，包括步骤：S1、制备具有一定玻璃化温度的苯丙乳液；S2、将苯丙乳液在导电基底上形成乳液薄膜，在一定条件下进行干燥，得到具有微观裂缝的修饰电极；S3、在电极上进行电沉积得到样品，对样品进行去除乳液模板处理，得到聚苯胺薄膜；本发明专利技术在导电基底上引入苯丙乳液模板，构建具有特殊导电网络的基底，进行聚苯胺电致变色材料的电沉积，协同利用模板效应及材料生长策略进行聚苯胺材料的微观形貌调控，得到具有高孔隙率和微纳层级结构的高响应电致变色聚苯胺薄膜材料。材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜


[0001]本专利技术涉及一种聚苯胺电致变色储能薄膜，具体涉及基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]电致变色是指在电场的作用下，材料的光学性能(透射率、反射率或吸收率)发生改变，表现出颜色和透明度的稳定、可逆的变化。在众多电致变色材料中，聚苯胺具有合成简便、生产成本低廉、电导率高和化学稳定性好等优点，可通过在整个体相内发生快速可逆的掺杂/去掺杂反应而产生电致变色现象。同时，由于电致变色与超级电容现象均依赖于材料的氧化还原反应，在发生离子注入/抽出的过程中，材料颜色的变化过程中同时伴随着储能效应，因而，聚苯胺材料有广泛的应用前景，是目前多彩色电致变色及储能领域研究的热点课题。
[0003]但是，聚苯胺在发生电化学反应过程中，伴随着离子的嵌入与脱出，分子链上发生反复的掺杂/去掺杂反应，从而造成聚苯胺体积膨胀和收缩，导致聚苯胺在经历多次电化学循环后变色能力的明显衰减，循环稳定性差。此外，致密的材料结构还会造成离子在掺杂/去掺杂中扩散困难，从而影响离子输运动力学，造成变色响应时间的增加。因而，为提升响应速度，减小电化学反应过程中的结构应力，通常需要构造规整有序的分子排列以提升电子在分子链间的跃迁，同时，高孔隙率疏松的结构也可为离子脱嵌提供有利的通道。
[0004]因此有必要设计一种具有高孔隙率和微纳层级结构、高响应速度及优异赝电容特性的聚苯胺电致变色薄膜材料，以克服上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜及其制备方法，该薄膜具有高孔隙率和微纳层级结构，解决了现有聚苯胺电致变色储能材料形貌相对致密的问题。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术提供一种基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，包括下列步骤：
[0008]S1、制备具有一定玻璃化温度的苯丙乳液；
[0009]S2、将苯丙乳液在导电基底上形成乳液薄膜，在一定条件下进行干燥，得到具有微观裂缝的修饰电极；
[0010]S3、在修饰电极上进行电沉积得到样品，对样品进行去除乳液模板处理，得到聚苯胺薄膜。
[0011]本方法在导电基底上引入苯丙乳液模板，在乳液干燥成膜过程中，由于溶剂挥发产生应力，从而导致乳液薄膜表面产生微观裂缝，构建出具有特殊导电网络的电极，后续进行聚苯胺电致变色材料的电沉积，协同利用模板效应及材料生长策略，聚苯胺在电极的导
电网络上成核生长，进而对聚苯胺材料的微观形貌进行调控。
[0012]进一步地，步骤S1中，苯丙乳液的玻璃化温度为40
‑
60℃。
[0013]进一步地，步骤S1中，制备苯丙乳液所用单体为丙烯酸，甲基丙烯酸羟基丙酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，以及苯乙烯。
[0014]进一步地，步骤S2中，采用旋涂法在导电基底上进行涂布，重复涂布后将获得乳液薄膜并进行干燥，干燥温度为70℃。成膜环境与成膜温度能控制溶剂的挥发速率，溶剂挥发越快，越容易产生应力，从而导致产生裂缝，当苯丙乳液的成膜温度大于玻璃化温度时可在导电基底上成膜，本专利技术中干燥温度优选为70℃。
[0015]进一步地，所述导电基底是ITO玻璃、FTO玻璃或导电PET的一种。
[0016]进一步地，步骤S3中，电沉积采用三电极体系，步骤S2的修饰电极为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极。
[0017]进一步地，步骤S3中，电沉积液为盐酸或硫酸、苯胺以及去离子水的混合溶液。
[0018]进一步地，步骤S3中，电沉积过程中采用循环伏安法和恒电位沉积法相结合，或循环伏安法和恒电流沉积法相结合的方法。
[0019]电沉积过程中将设定循环伏安法的上限扫描电压与上限扫描电流同时提高，在循环伏安电沉积过程中，有效促进了苯胺盐的生成，降低聚苯胺长链形成的空间位阻，确保在电解质中聚苯胺的溶解速率小于聚苯胺的沉积速率，能够让聚苯胺薄膜稳定形成。但循环伏安电沉积技术制备的聚苯胺薄膜表面不规则，颗粒间接触松散。
[0020]恒电位沉积过程中，苯胺持续聚合在基底上，有利于获得致密而平整的表面，当沉积时间不太长时，沉积膜主要呈颗粒状。恒电流沉积制备的聚苯胺薄膜的纳米颗粒尺寸更小，具有均匀、致密、光滑的特点。通过循环伏安和恒电位沉积相结合，或循环伏安和恒电流沉积技术相结合的方法可在疏松的聚苯胺材料上获得纳米颗粒修饰的微纳层级结构，增加电化学反应的活性位点。
[0021]进一步地，步骤S3中，去除乳液模板处理过程为：用乙醇冲洗样品，并将其浸泡于N,N
‑
二甲基甲酰胺和甲苯的混合溶液中12h，每间隔4h更换混合溶液，N,N
‑
二甲基甲酰胺和甲苯的体积比为1:1。
[0022]本专利技术还提供通过上述方法制备得到的聚苯胺薄膜，具有高孔隙率的微纳层级结构，是一种多彩色电致变色储能材料。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术以苯丙乳液膜修饰的电极为模板，通过对苯丙乳液膜微观裂缝的调控，进而调节聚苯胺在电极上的成核及生长位置，获得高孔隙率微纳层级结构；
[0025]2、本专利技术通过循环伏安法和恒电位沉积法相结合，或循环伏安法和恒电流沉积法相结合的电沉积方法，既有利于获得附着力好的薄膜材料，同时也可获得微纳层级结构，增加电化学反应活性位点，提高响应速度；
[0026]3、本专利技术制备的聚苯胺薄膜的高孔隙率微纳层级结构有利于离子的注入和脱出，减缓电化学反应产生的结构应力，提高电化学反应稳定性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例1中制备得到的聚苯胺薄膜于500nm下的扫描电镜图；
[0029]图2为本专利技术实施例1中聚合物修饰FTO电极于100μm下的扫描电镜图；
[0030]图3为本专利技术实施例1中电沉积形成的薄膜样品于100μm下的扫描电镜图；
[0031]图4为本专利技术对比例1中制备得到的聚苯胺薄膜于500nm下的扫描电镜图；
[0032]图5为本专利技术对比例2中制备得到的聚苯胺薄膜于500nm下的扫描电镜图；
[0033]图6为本专利技术实施例2中制备得到的聚苯胺薄膜于500nm下的扫描电镜图；
[0034]图7为本专利技术对比例3中聚合物修饰FTO电极于500nm下的扫描电镜图；
[0035]图8为本专利技术实施例1中制得的聚苯胺薄膜在不同电压下的形态图；
[0036]图9为本专利技术实施例1中制得的聚苯胺薄膜在不同电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、制备具有一定玻璃化温度的苯丙乳液；S2、将苯丙乳液涂布在导电基底上形成乳液薄膜，在一定条件下进行干燥，得到具有微观裂缝的修饰电极；S3、在修饰电极上进行电沉积得到样品，对样品进行去除乳液模板处理，得到聚苯胺薄膜。2.如权利要求1所述的基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，苯丙乳液的玻璃化温度为40
‑
60℃。3.如权利要求1所述的基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，制备苯丙乳液所用单体为丙烯酸，甲基丙烯酸羟基丙酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，以及苯乙烯。4.如权利要求1所述的基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，采用旋涂法在导电基底上进行涂布，重复涂布后将获得的乳液薄膜进行干燥，干燥温度为70℃。5.如权利要求1所述的基于苯丙乳液模板的具有微纳层级结构的聚苯胺薄膜的制备方法，其特征在于：所述导电基底是ITO玻璃、FTO玻璃或导电PET的一种。6.如权利要求1所述的基于苯丙乳液模...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莉丽，龙兴浩，钟敏诗，何清，叶领云，朝洁，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：