基于离子凝胶电解质的电致变发射率器件制备及性能研究

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电致变色是在外加电场的作用下,材料的光学吸收率、透过率、反射率或发射率发生可逆变化的现象。随着科学技术的快速发展,电致变色技术在智能窗、汽车后视镜、显示器等民用领域具有良好的应用前景。此外电致变色器件可变的红外发射率调节能力使得它在卫星智能热控和动态军事伪装领域的应用也逐渐受到关注。在电致变发射率器件中,电解质作为离子传输通道,对器件的循环稳定性、红外发射率调制能力和响应时间等有重要影响。近年来,由聚合物基体和高导电的离子液体组成的离子凝胶电解质同时具备高分子材料和离子液体的优点,有望解决传统电解质存在的问题,但将离子凝胶电解质应用于电致变发射率器件的研究几乎没有报道。因此,研究高性能离子的凝胶电解质对电致变发射率器件的实际应用有着重要意义。采用聚苯胺薄膜作为器件的发射率调节层。首先,研究了不同离子液体体系对聚苯胺薄膜循环稳定性和氧化还原行为的影响。通过对在不同离子液体中循环的聚苯胺薄膜的氧化和还原态进行XPS分析,阐明聚苯胺在氧化还原过程中的离子嵌入/脱出机制。此外,结果表明在离子液体中掺杂锂盐不仅会提高聚苯胺薄膜的电化学活性,还会提高薄膜的红外发射率调节能力。聚苯胺薄膜在BMIBF4-Li BF4和BMITFSI-Li TFSI电解质体系中循环时,在2.5~25μm波段内的红外发射率变化分别为0.32和0.33,且表现出优异的电化学循环稳定性。以BMITFSI-Li TFSI作为电解液和增塑剂,PMMA和PVDF-HFP作为聚合物基体,成功制备了PMMA离子凝胶电解质和PMMA/PVDF-HFP共混离子凝胶电解质。通过研究PMMA与PVDF-HFP的比例、聚合物与电解液的比例对电解质电导率与力学性能的影响,表明共混能够部分改善电导率与力学性能之间的相互制约性(离子电导率大于0.1 m S/cm,弹性模量在0.2 MPa左右)。基于共混离子凝胶电解质制备聚苯胺电致变发射率器件,器件在波长为2.5~25μm范围内的发射率变化最大为0.266,响应时间最短为6.75 s/7.00 s。为了进一步提升电解质的离子电导率从而提升器件的性能,采用相转化法制备了PVDF-HFP多孔基体膜,提升电解液在膜中的负载量同时保持薄膜的机械完整性。SEM分析表明多孔薄膜具有高度连通的孔结构。以BMIBF4-Li BF4作为电解液制备了PVDF-HFP多孔凝胶电解质,离子电导率高达1.70 m S/cm。同时其具有优异的机械完整性,弹性模量为10.09 MPa。基于该电解质膜和聚苯胺薄膜制备电致变发射率器件,器件在2.5~25μm范围内的红外发射率变化高达0.42,响应时间为5.42 s/5.74 s。
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