摘 要

本课题使用聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体，用高氯酸锂、三氟甲磺酸锂等锂盐提供导电离子，制备用于电致变色器件的PVA基聚合物电解质。通过改变锂盐的浓度、锂盐的种类、聚合物共混改性及无机掺杂来制备不同的PVA体系聚合物电解质。实验首先制备聚合物电解质溶液，为满足表面光滑、无气泡、透明度好等要求，采用多次刮涂制备PVA体系聚合物电解质薄膜，然后通过交流阻抗、TG/DTA等对其离子电导率进行表征，从而确定性能最佳薄膜的材料配比。

本课题主要研究了锂盐、引入有机物、无机掺杂对电致变色用PVA基聚合物电解质的改性作用。

研究结果表明：锂盐的种类会通过其阴离子的结构对聚合物电解质的离子电导率产生影响；锂盐浓度、引入有机物、无机掺杂对聚合物电解质电导率的影响规律相似，均呈现峰形变化规律。

关键词：电致变色、PVA、改性、离子电导率

Abstract

In this paper, PVA system polymer electrolyte for electrochromic device is prepared by using polyvinyl alcohol as polymer matrix and lithium salt to provide conductive ions.Different PVA system polymer electrolytes were prepared by changing the concentration of lithium salt, the type of lithium salt, the polymer blending modification and the inorganic doping.The polymer electrolyte membrane of PVA system was prepared by repeated coating with polymer electrolyte solution, and its ionic conductivity was characterized by AC impedance to determine the material ratio of the best film.

In this paper, the effects of lithium salts, introduction of organic compounds and inorganic doping on PVA-based polymer electrolytes were investigated.

The results show that the type of lithium salt will affect the ionic conductivity of polymer electrolyte through its anion structure.Lithium salt concentration, the introduction of organic matter, inorganic doping on the polymer electrolyte conductivity of the law are similar, showing a peak shape changes.

Key Words：Electrochromic；PVA；modified；ion conductivity

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 电致变色器件概述 2

1.2.1 电致变色器件发展史 2

1.2.2 电致变色器件的结构及原理 3

1.3 聚合物电解质概述 5

1.3.1 聚合物电解质的组成及分类 5

1.3.2 聚合物电解质的导电机理 7

1.3.3 提高聚合物电解质电导率的途径 7

1.4 选题意义和主要研究内容 9

第2章 实验材料及研究方法 10

2.1 实验药品及设备 10

2.2 材料的表征和测试方法 11

2.2.1 接触角测试 11

2.2.2 交流阻抗测试 11

2.2.3 TG/DTA分析 12

第3章PVA基聚合物电解质薄膜的制备 13

3.1 PVA基聚合物电解质溶液的配制 13

3.2 PVA基聚合物电解质薄膜的制备 14

3.2.1 自发铺展蒸发法 14

3.2.2 刮涂蒸发法 14

第4章 PVA基聚合物电解质薄膜的改性研究 16

4.1 锂盐浓度对聚合物电解质性能的影响 16

4.1.1 样品的制备 16

4.1.2 交流阻抗测试 18

4.1.3 小结 20

4.2 锂盐种类对聚合物电解质性能的影响 21

4.2.1 样品的制备 21

4.2.2 交流阻抗测试 22

4.2.3 小结 24

4.3 引入有机物对聚合物电解质性能的影响 24

4.3.1 样品的制备 24

4.3.2 交流阻抗测试 26

4.3.3 小结 27

4.4 无机掺杂对聚合物电解质性能的影响 28

4.3.1 样品的制备 28

4.4.2 交流阻抗测试 29

4.4.3 TG/DTA分析 31

4.4.4 小结 34

第5章 结论 35

参考文献 36

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 引言

近年来，随着经济的高速发展，煤、石油等化石能源的消耗日益增加，环境污染也随之加剧，能源危机和环境污染成为人类发展过程中不得不面对的挑战^[1]。为解决能源危机和环境污染带来的问题，国内外均致力于开发新能源和探究能源高效利用的途径。继风能、水能之后，太阳能走入人们的视野。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色清洁能源，它覆盖面广、无污染、资源丰富，这些优点使得它在化石能源日趋减少的情况下成为人类使用能源的重要组成部分，对各种太阳能材料的研究也随之兴起。电致变色材料是一种光能调控变色材料，也是太阳能材料的重要组成部分，近年来因其特定的功能和在降低能源消耗方面的作用成为国内外研究的重点。

电致变色材料是指某些光学特性（如吸收率、透过率、反射率等）可以随外加电场的变化而发生可逆变化的材料,通俗讲就是通电后颜色变深、透明度下降，再通反向电压则变回原来状态的材料。近年来，玻璃窗、汽车后视镜等器件中陆续开始使用电致变色材料制成智能玻璃、汽车防炫目后视镜等。以智能玻璃为例，它具备的电致变色性能可以使它在施加较小的电压时颜色发生变化从而调节对光的吸收率和透过率、限制外界的热辐射和内部的热扩散，达到调节室内光线、温度和节能的目的，同时，这一特性也使得电致变色智能玻璃具有改善自然光照程度、防窥、防炫目等功能^[2]。

电致变色材料在飞速发展的过程中也势必会遇到一些问题、受到一些制约。首先，电致变色材料变色后的颜色可选种类过少。一般的电致变色材料只能在两种颜色间转变，变色前呈现透明状态，变色后的颜色也只有蓝色、棕黑色等几种可选，且颜色变化的程度不明显，这使得电致变色材料在人们追求颜色个性化多样化的现在很难满足人们的要求。其次，目前电致变色材料的循环寿命短。电致变色材料的功能注定了它需要不断在着色和褪色之间转变，然而随着这种循环次数的增加，电致变色材料的性能出现了明显的衰退，例如循环稳定性变差、体积膨胀等，这导致大多数电致变色材料在电致变色器商业化的过程中受到限制。电解质是解决这一问题的关键，选择合适的电解质可以对这一情况有所改善。最后，变色速度慢是制约电致变色材料发展的重要因素。几秒到十几秒、甚至达到几十秒的变色时间无法满足人们对快节奏的追求，这无疑严重限制了电致变色器件的应用范围，因此，如何提高电致变色速度，即提高电致变色反应速率是当前电致变色材料研究的重点。电致变色本质上是一种电化学反应，变色速度受控于扩散过程，电解质承担着离子导电的功能，显著影响着扩散速率，因此吸引了研究者的目光。

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