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1、哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）电致变色材料的研究进展学 生 姓 名： 指 导 教 师： 专 业 班 级： 印刷工程 学 号： 学 院： 轻工学院 二XX年六月八日哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）摘 要电致变色材料的变色机理对电致变色材料的制备、理化性质有很大的影响。本文采用阅读大量文献并对文献进行分析总结的方法，针对电致变色材料的变色机理进行概括总结，并且针对有机电致变色材料、无机电致变色材料，结合每种电致变色材料制备方法等进行研究综述，得到了如下结果:目前变色机理共分为六类，其中双重注入/抽出模型是公认的电致变色模型之一。针对典型的无机电致变色材料和有机电致变色材料进行制备方法和变色机
2、理进行总结归纳，并进行对比分析。并且针对WO3 薄膜提出了提高薄膜变色效率，延长薄膜寿命，缩短薄膜变色响应时间等改进建议。关键词：电致变色；变色机理；制备方法；性质分析IAbstractElectrochromic materials change color mechanism of electricity caused by the preparation of color materials, physical and chemical properties have a great impact. In this paper, reading a lot of literature a
3、nd documents were analyzed and summarized the methods, summarized electrochromic mechanism for photochromic material, and for organic electrochromic material, non-organic electrochromic materials, with each of the electrochromic material preparation methods reviewed research results are as follows:
4、The current color mechanism is divided into six categories, including dual injection / extraction model is recognized as one of the electrochromic model. For a typical non-organic electrochromic materials and organic electrochromic material preparation methods and discoloration mechanism were summar
5、ized, and compared. And for WO3 films are proposed to improve the efficiency of thin-film color, prolong membrane life, a film discoloration shorten response time improvements.Keywords: Electrochromic； Discoloration Mechanism； Preparation； Property Analysis.II目 录摘要IAbstractII1 绪 论1 1.1 研究背景1 1.2 研究目
6、的及意义1 1.3 电致变色材料概述1 1.3.1 电致变色现象11.3.2 电致变色材料的发展2 1.4 研究现状21.4.1 国内研究现状31.4.2 国外研究现状51.5 研究内容62 电致变色机理7 2.1 色心模型7 2.2 双重注入/抽出模型8 2.3 极化子模型9 2.4 电化学反应模型10 2.5 能级模型10 2.6 配位场模型11 2.7 本章小结113 无机电致变色材料12 3.1 阴极电致变色材料123.1.1 WO3123.1.2 MoO3153.1.3 TiO2163.2 阳极电致变色材料163.2.1 NiO163.2.2 V2O5173.2.3普鲁士蓝173.3
7、 本章小结184 有机电致变色材料194.1 有机高分子电致变色材料194.1.1 聚吡咯类194.1.2 聚噻吩类204.1.3 聚苯胺类214.2 有机小分子电致变色材料224.2.1 紫罗精224.2.2 金属酞青化合物244.3 本章小结255 电致变色材料的应用及改进方案26 5.1 电致变色材料的的应用265.1.1 电色储存器件265.1.2 电致变色显示器件(ECD)265.1.3 电子束印刷技术及传感器275.1.4 其他应用275.2 电致变色材料的改进方案27结 论29参考文献30致 谢33II哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）1 绪 论1.1 研究背景20世纪70年代，
8、信息、材料和能源被人们称作当代文明的三大支柱。80年代，高科技作为新技术革命的代表，又把新材料、生物技术和信息技术誉为新技术革命的标志。主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。随着时代的不断发展和人们生活水平不断地提高，人们对材料的需求变的日益强大，要求也越来越高，对材料的开发与应用也越来越注重其功能化，比如能量调节和转换、记忆性能、响应性能、信息传递、自调节、自修复、低能耗和环保等特性。变色材料就是在这种需求的基础上发展起来的一种新型功能材料1。电致变色材料由于其环保、节能、实用等优异性能优于热致电致变材料和光致电致变色材料，以及其在电致变色显示器、智能窗、电子纸、电色存储
9、器件等领域具有重要的研究意义和巨大的应用价值，从而引起了科研工作者的浓厚兴趣。因此，开展电致变色材料方向的研究是必然的趋势。1.2 研究目的及意义 电致变色材料因其环保、低耗、绿色、无污染、智能的特点，符合国民经济的“可持续发展战略”的要求；符合未来智能材料的发展。电致变色材料做成的电致变色显示器，只要显示内容不变化，就不会耗电，可以达到节能目的。同时电致变色显示器与其它显示器相比，具有无视盲角，对比度高等优点。电致变色材料在智能窗、电子纸、电色存储器件等领域也具有重要的研究意义和巨大的应用价值。因此，电致变色材料成为新一代智能材料研究的热点之一。为此本论文将对电致变色材料的变色机理、主要的电
10、致变色材料制备及其在印刷相关领域的应用等进行综述研究，本工作将为下一步深入的研究电致变色材料的实验和表征打下坚实的基础。1.3 电致变色材料概述1.3.1 电致变色现象电致变色（EC）是指材料在外加正负交替电场或电压的作用下，其反射率、透光率等光学性能可发生稳定的可逆性变化，在外观上表现为材料的颜色或透明度发生可逆变化的现象2。具有电致变色性能的材料被称作电致变色材料，电致变色器件就是用电致变色材料构成的。而今，电致变色材料的颜色变化的定义已不再局限在肉眼所观察到的范围，而是对于近红外、远红外以及微波区域等电磁区域的一种响应。1.3.2 电致变色材料的发展六十年代初，Platt在研究有机染料时
11、发现了电致变色现象，并对此进行了系统的研究3。此后，人们对电致变色现象的关注越来越深入。1969年Deb发现了在外加电压下无定形三氧化钨（WO3）的颜色可以从无色转变成蓝色，这就是非晶态WO3薄膜的电致变色效应，并且提出了“氧空位色心”机理4，人们逐渐了解到电致变色现象具有的独特优点及发展前景，国内外学者也对电致变色薄膜及其应用进行了广泛研究并取得了一定的研究成果。Deb也被认为是电致变色材料的奠基人。1973年，C.J.Schoo等合成了紫精类有机电致变色材料，将电致变色研究首次延伸到了有机领域，这是电致变色研究史上的又一次飞越。20世纪80年代，仅授予美国专利局的相关专利就达600多件。1
12、994年，意大利威尼斯举办了第一届国际电致变色会议(IME)，这次会议对电致变色的研究产生了不可小觑的影响。此后，欧美等发达国家每两年举办一次电致变色国际会议，由此可见，发达国家对电致变色的研究和应用非常重视。 到目前为止，电致变色材料的研究已经活跃在各个领域，对其应用的探索也成为科技、工业和政府高度重视的项目。相比热致变色器件，它们不会发生变色物质因温度改变而产生的副效应。相比光致变色与溶剂致变色，其激发条件电压更容易实现控制，因此应用前景十分广阔。所以，电致变色材料的开发也成为重点内容。1. 4 研究现状关于电致变色材料的研究，国外起步较早，开始主要集中于无定型WO3的研究。随着时代的不断
13、进步，国外学者不再局限于只针对无机电致变色材料和有机电致变色材料的研究，无机-有机复合电致变色材料应运而生。目前，对电致变色材料的复合已成为国内外研究的一个主要发展方向。1.4.1 国内研究现状近年来，国内针对电致变色材料做了大量研究，目前的研究方向大多在电致变色材料的变色机理和材料复合及电致变色材料的性质分析上面。虽然没有国外起步早，但我国在这方面仍然有这很大研究进展。罗坚义等5首先对制备高质量WO3薄膜的热蒸发镀膜工艺参数进行摸索，研究了石英、硅片以及铟锡氧化物（ITO）玻璃三种基片对成膜质量的影响，发现无论是从成膜质量还是经济成本的考虑 ITO玻璃都是作为基片的首选材料；然后在 ITO
14、玻璃基片上通过改变基片温度和蒸镀电流的大小获得最合适的镀膜条件:真空度为5.010-5Pa，基片温度为 250，蒸发电流为110 A。利用蒸镀出来的WO3薄膜以及 MPEO-LiClO4固态电解质，制备出了基于WO3薄膜电致变色数字显示器件，具有工作电压低、变色响应时间快、和双面透光等特性，在双面显示器件方面具有潜在的开发应用价值。史勇基等6描述了电致变色写入和显示器件的结构、工作原理并进行实验，利用He-Ne激光源和光电二极管监测透光率的变化，指出了这种新型电致变色器件的应用前景。由光敏a-SiC ：H p-i二极管和高效着色WO3/五氧化二钒（V2O5 ）电致变色系统组成的电致变色写入与显
15、示器件的写入速度非常快、开关时间比较短、并且可以进行大面积制造。若用NiW0.33O2取代V2O5互补反电极层，便可减小电致变色器件的暗态透光率，提升其写入速度、像保持性和对比度。为了使器件性能达到最佳状态，必须减少由于在NiW0.33O2淀积过程中引起的a-SiC:Hp-i二极管的漏电流。可以应用在平板显示、图像记录等电致变色器件上，比如WO3/V2O5和WO3/NiW0.33O2电致变色系统与a-SiC:H p-i二极管组成的电致变色器件。魏少帅等7人通过对有机、无机及有机-无机复合型电致变色薄膜进行归纳总结得出，因三芳胺类酰胺共聚物具有明显的变色现象，成为国内外研究关注的焦点。因无机材料存在一些不可忽视的缺陷，为了提高其性能，一些学者提出掺杂的方法改良无极电致变色材料。现在主要在无机电致变色和有机电致变色物质中加入金属盐来进行改善。因为电致变色薄膜成本低、用途
