电致变色聚合物

在含有单体、溶剂、辅盐的电解质溶液中，浸入P_t电极。聚合物在电解过程中形成，并沉积在P_t电极上形成薄膜，其厚度从2nm至10nm不等。薄膜须在溶剂和辅盐的介质中，反复漂洗和浸泡，然后进行性能研究。

作为电致变色材料应用的聚合物，必须在以下几个方面具有良好的性能。

化学可逆性

化学可逆性即聚合物在外加电压作用下，其氧化态和还原态的互相转化。要求在氧化或还原过程中，电荷变化量相同。化学可逆性由I-E曲线即循环伏安谱表征。图1为Garnier测得的聚3-甲基噻吩氧化还原时的特征曲线从中可以看到，其氧化过程和还原过程的电荷变化量是一致的，还原峰很大且有两个峰，可能与聚合物的重排机理有关。

色彩的差别和感觉

颜色的差别和感觉与氧化还原过程的可见吸收频段的强度和位置有关。 以聚3-甲基噻吩一CF₂SO₃^-体系为例，当聚合物在红色（非掺杂态）和蓝色（掺杂态）间循环时，可看到明显的反差。当辅盐不同时，可以看到不同的颜色变化。显然，作为显示材料，颜色变化的反差越大，性能越好。

频率响应

通过记录外加方波偏电压时的电流一时间关系可得到频率响应特性。方波偏电压的频率变化范围在1~100Hz，输入电荷大约为1mc/cm²。图2是一种典型的频率响应曲线，从中可观察到在氧化和还原之间的不同电流波形。

氧化过程很快，开始仅需几毫秒。随后的缓慢衰减是由于残余电流出现在导电聚合物中。还原过程通常较慢，这可能是由于结构重排引起的，伏安谱也说明了这点。

频率响应的优劣，以转换时间来衡量。其值通过较慢的还原步骤中，半峰高所对应的时间来计算。一般来说，P_t电极越平整，聚合物薄膜的单一性越好，转换时间越短，即聚合物性能越好。

循环试验

循环试验在温和的实验条件下进行。要求在多次循环后，聚合物的变色能力保持不变，这样其应用寿命较长。如聚吡咯衍生物在经过10³~10⁴次循环后，变色现象逐步减弱。对聚3-甲基噻吩，可观察到在经过1.2×10⁵次循环后，能保持80%的变色作用。而聚苯胺在经过1.36×10⁶次循环后，仍能保持相当稳定的变色作用（见图3）。

功能高分子材料的发展可以追溯到很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都有很长的研究和发展历史。但是作为一门独立学科，功能高分子材料则是一门全新的科学。功能高分子材料科学作为一个完整学科是从20世纪80年代中后期开始的。其中，从19世纪末发展而来的光敏高分子化学，在光聚合、光交联、光降解、荧光以及光导机理的研究方面都取得了重大突破，并在工业上得到广泛应用。比如光敏涂料、光致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材料、光刻胶、感光性树脂以及光致发光和光致变色高分子材料都已经工业化。近年来高分子非线型光学材料也取得了突破性进展。

反应型高分子是有机合成和生物化学领域的重要成果，已经开发出众多新型高分子试剂和高分子催化剂应用到科研和生产过程中，在提高合成反应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化方面作出了贡献。更重要的是由此发展而来的固相合成方法和固化酶技术开创了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代，在分子生物学研究方面起到了关键性作用。

电活性高分子材料的发展导致了导电聚合物、聚合物电解质、聚合物电极的出现。此外，超导、电致发光、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成果，其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器件。此外众多化学敏感器和分子电子器件的发明也得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。

高分子分离膜材料与分离技术的发展在复杂体系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新型选择性透过和缓释材料。高分子化的LB膜和SA膜在新型光电子器件研究方面也显示出巨大的应用前景。目前高分子分离膜在海水淡化方面已经成为主角，已经拥有制备18万吨/日纯水设备的能力。

医药用功能高分子是目前发展非常迅速的一个领域，高分子药物、高分子人工组织器官、高分子医用材料在定向给药、器官替代、整形外科和拓展治疗范围方面作出了相当大的贡献。同时功能高分子化学还是一门涉及范围广泛，与众多学科相关的新兴边缘学科，涉及内容包括有机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学甚至医学等众多学科，是目前国内外异常活跃的一个研究领域。每年都有大量的有关文献报道涌现。

电致变色聚合物，是改变电压或电流时可以发生颜色变化的聚合物。聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔等导电聚合物以及某些液晶高分子均可作为电致变色材料。导电高分子本身是离域的共轭结构，价带与导电间的能隙很小，如果在聚合物中进行掺杂（电子给体或受体的离子型化合物），能带结构也随之发生变化，通过施加外界电场，进一步改变对光的吸收，导致颜色的改变。

电致变色是指在电场作用下，材料发生可逆的变色现象。电致变色实质是一种电化学氧化还原反应，反应后材料在外观上表现出颜色的可逆变化。例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等及其衍生物，在可见光区都有较强的吸收带。同时，在掺杂和非掺杂状态下颜色要发生较大变化，其中中性态是稳定态。导电聚合物既可以氧化(p型)、掺杂，也可以还原(n型)掺杂。在作为电致变色材料使用时，两种掺杂方法都可以使用，但以氧化掺杂比较常见。掺杂过程可以由施加电极电势来完成。其中材料的颜色取决于导电聚合物中价带和导带之间的能量差，以及在掺杂前后能量差的变化。

电致变色材料是指在外电场及电流的作用下，可发生色彩变化的材料即为电致变色材料。其本质是材料的化学结构在电场作用下发生改变，进而引起材料吸收光谱的变化。根据颜色变化的过程分类，可分为颜色单向变化的不可逆变色材料，以及更具应用价值的颜色可以双向改变的可逆变色的材料。

电致变色是材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。

电致变色材料一个很好的例子是聚苯胺，聚苯胺可以通过电化学过程或者苯胺的化学氧化过程来形成。 如果把电极浸入含有低浓度苯胺的盐酸溶液中， 在电极上就会产生聚苯胺薄膜。根据不同的氧化态，聚苯胺可以呈现为浅黄色或者深绿/黑色。其它找到技术应用的电致变色材料包括紫罗碱和en:polyoxotungstate。更多的电致变色材料包括氧化钨(WO₃)，它的主要化学用途是制作电致变色窗或者智能窗。

由于颜色改变的持久稳固且仅在产生改变时需要能量，电致变色材料被用于控制允许穿透窗户（"智能窗"）的光和热的总量，也在汽车工业中应用于根据各种不同的照明条件下自动调整后视镜的深浅。紫罗碱和二氧化钛（TiO₂）一起被用于小型数字显示器的制造。它很有希望取代液晶显示器，因为紫罗碱（通常为深蓝）与明亮的钛白色有高对比度，因此提供了显示器的高可视性。

电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。同时起到改善自然光照程度、防窥的目的。解决现代不断恶化的城市光污染问题。是节能建筑材料的一个发展方向。 电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图象后，只要显示内容不变化，就不会耗电，达到节能的目的。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。 用电致变色材料制备的自动防眩目后视镜，可以通过电子感应系统，根据外来光的强度调节反射光的强度，达到防眩目的作用，使驾驶更加安全。 电致变色智能玻璃能以较低的电压（2-5V）和较低的功率调节汽车、飞机内部的光线强度，使旅途更加舒适。 目前，电致变色调光玻璃已经在一些高档轿车和飞机上得到应用。

具有实用价值的电致变色高分子材料必须具备颜色变化的可逆性、颜色变化的方便性和灵敏性、颜色深度的可控性、颜色记忆性、驱动电压低、多色性和环境适应性强等特点。研究开发的电致变色高分子材料已经基本具备上述性质，电致变色材料的特点和优势促使各种电致变色器件的研制和开发迅速发展，电致变色器件基本上是由电子源和离子源、透明导电层、电致变色层、电解质层、电极层等构成。

电致变色材料可以用于研制开发信息显示器件、电致变色智能调光窗、无眩反光镜和电色信息存储器等，此外，在一些近年来的技术产品中，如变色镜、高分辨率光电摄像器材、光电化学能转换和储存器、电子束金属版印刷技术等也获得了应用。 2100433B