Спосіб отримання полімерного електрохромного матеріалу

Реферат: Спосіб отримання полімерного електрохромного матеріалу, за яким електрохімічно полімеризують 3,4-етилендіокситіофен на поверхні оксидного електрода, при якому на поверхню електрода попередньо наносять наношар поліаніліну електролізом 0,01 М розчину 2 аніліну у підкисленому електроліті при густині струму 0,05 мА/см упродовж 5-10 с. UA 90337 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ ПОЛІМЕРНОГО ЕЛЕКТРОХРОМНОГО МАТЕРІАЛУ UA 90337 U UA 90337 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується галузі функціонального матеріалознавства і може бути використана в електронній техніці для виготовлення активного шару електрооптичних пристроїв - кольорових табло, дисплеїв, електрохромних вікон, сенсорних індикаторів тощо. Відомий спосіб отримання полімерного електрохромного матеріалу шляхом електрохімічної полімеризації аніліну або орто-толуїдину, або орто-анізідину з розчину відповідного мономеру в 0,5 М сульфатній кислоті на поверхні оптично-прозорого оксидного електрода [Аксіментьєва О.І., Стахіра П.Й., Конопельник О.І., Черпак В.В., Фечан А.В Оптичний елемент з електрохромним полімерним шаром Патент № 10131 (UA). - Опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11]. Недоліками способу є нерівномірність покриття оптично-прозорого електрода, малий контраст одержаної плівки (менше 18-25 %), доволі тривалі часи переключення (5-8 с), а також відшарування електрохромної плівки від поверхні електрода при тривалому використанні. Відомий спосіб отримання електрохромного полімерного матеріалу шляхом полімеризації аніліну у плівці полівінілового спирту, попередньо сформованій на поверхні оптично-прозорого електрода, під дією хімічного окисника - пероксодисульфату амонію [Mitsuyuki Morita, Effect of Solvent and Electrolyte on the Electrochromic Behavior and Degradation of Chemically Prepared Polyaniline-poly-(vinyl alcohol) Composite Films // J. Polym. Sci., B: Polymer Physics.-1994. - Vol. 32. - P. 231-242]. Недоліками способу є нерівномірність розподілу електрохромної речовини - поліаніліну у композиційному шарі, мала контрастність отриманої плівки (15-18 %), повільні часи переключення (забарвлення-знебарвлення протягом 45 та 39 с), швидка деградація оптичних властивостей матеріалу. "Найближчим за технічною суттю - прототипом є спосіб отримання полімерного електрохромного матеріалу на основі полі-3,4-етилендіокситіофену (ПЕДОТ) на поверхні прозорого оксидного електрода, що є робочим у 3-секційній електрохімічній комірці. Згідно з способом електрохімічно полімеризують 3,4-етилендіокситіофен на поверхні оксидного електрода у розчині 0,01 М мономеру – 3,4-етилендіокситіофену (ЕДОТ) в ацетонітрилі, при цьому як електроліт використовують 0,1 М перхлорат літію / S. Sindhu, К. Narasimha Rao, Sharath Ahuja, et al. Spectral and optical performance of electrochromic poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) deposited on transparent conducting oxide coated glass and polymer substrates // Materials Science and Engineering: B.-2006. - Vol. 132. - Issues 1-2. - P. 39-42. Недоліком способу є низький контраст отриманого електрохромного матеріалу (23-36 %). До того ж, отримана плівка характеризується структурною мікронеоднорідністю з формуванням темно-синіх кристалів, вкраплених в аморфну матрицю, а також відсутністю достатнього електричного контакту між поверхнею прозорого електрода і полімерною плівкою, що спричиняє відшарування плівки при тривалій експлуатації, внаслідок чого знижується її стабільність. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб отримання полімерного електрохромного матеріалу, шляхом модифікації поверхні оптично-прозорого електрода наношаром іншого полімеру, що дасть змогу покращити адгезію полімерної плівки ПЕДОТ до поверхні електрода, рівномірність його структури, підвищити контрастність і стабільність при переключенні. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання полімерного електрохромного матеріалу, за яким електрохімічно полімеризують 3,4-етилендіокситіофен на поверхні оксидного електрода, на яку попередньо наносять наношар поліаніліну електролізом 0,01 М розчину 2 аніліну у підкисленому електроліті при густині струму 0,05 мА/см упродовж 5-10 с. Використання плівки поліаніліну як модифікатора поверхні у процесі електросинтезу ПЕДОТ в літературі не описано. Процес полімеризації мономеру (ЕДОТ) на поліаніліновому шарі відбувається в області потенціалів електроактивності поліаніліну, коли модифікуючий шар перебуває у високопровідному поляронному стані і може служити медіатором електронного переносу між поверхнею електрода і молекулами ЕДОТ. Модифікація поверхні полімерним шаром забезпечує кращу спорідненість електрохромної плівки ПЕДОТ до поверхні електрода, внаслідок чого отримані полімерні плівки характеризуються покращеною адгезією, рівномірністю, мають колір "морської хвилі" і здатні до електрохромних переходів при переключенні потенціалу від -0,8 до +1,0 В. Спосіб можна проілюструвати такими прикладами: Приклад 1. Розчин 0,01 М аніліну у 0,5 М сульфатної кислоти готують на основі двічі перегнаного мономеру, дистильованої води та сульфатної кислоти марки "ос.ч.". Розчин заливають у скляну електрохімічну комірку, де як робочий електрод використовують очищену та знежирену пластинку струмопровідного скла з шаром оксиду стануму SnO2 (Shott, Korea) з поверхневим 2 опором 20 Ом/см . Допоміжним електродом служить платинова сітка, електрод порівняння насичений хлорсрібний (Ag/AgCl). На робочий електрод подають постійний струм густиною 0,05 1 UA 90337 U 2 5 10 15 мА/см протягом 5 секунд. Після відключення джерела струму електрод із сформованою наноплівкою ПАн промивають деіонізованою водою для видалення залишків розчину і висушують при кімнатній температурі в умовах динамічного вакууму. Отриманий електрод з модифікованою поверхнею використовують як робочий електрод для формування плівки електрохромного полімерного матеріалу шляхом електрохімічної полімеризації 0,01 М розчину 3,4-етилендіокситіофену в ацетонітрилі, як електроліт застосовують 0,1 М розчин LiClO4. Процес проводять в режимі циклічної розгортки потенціалу в області -0,2…1,2 В (відносно Ag/AgCl) зі швидкістю розгортки 50 мВ/с упродовж 10 циклів. У процесі сканування потенціалу спостерігається поступова зміна забарвлення поверхні електрода від світло-голубого до синього. Після відключення джерела живлення електрод з плівкою промивають в ацетонітрилі і висушують при температурі 50-60 °C. Отримують рівномірну, гладку полімерну плівку товщиною 300 нм. Отриманий матеріал використовують у конструкції електрохромної комірки, виготовленої згідно з патентом № 10131 (UA). - Опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11, для визначення часових характеристик, контрасту та стабільності пропонованого електрохромного полімерного матеріалу. Порівняльні характеристики електрохромних плівок, отриманих згідно з відомим і пропонованим способом, наведені у таблиці. Порівняльні характеристики полімерних електрохромних матеріалів, отриманих згідно з відомим і пропонованим способом 20 Властивості полімерного електрохромного матеріалу Електрохромний матеріал Товщина плівки, нм Робочий електрод Зміна кольорів Діапазон напруг переключення, В Час забарвлення, с Час знебарвлення, с Контраст, % 25 30 35 Аналог: Прототип Пропонований спосіб Патент № S.Sindhu, et al. 10131(UA) Mater. Sci. Eng: Приклад 1 Приклад 2 Опуб… Бюл. B. 2006. 132. P. № 11, 2005 39-42 Поліанілін ПАн+ ПАн+ ПЕДОТ (ПАн) ПЕДОТ ПЕДОТ 320 290 300 280 SnO2 ITO SnO2 ІТО ТемноТемноЖовтийСиній -світло- синійсинійзеленийголубий безбарв- безбарвсиній ний ний -2…+1,5 -0,6…-1.2 0,5 0,4 23 6,0 5,5 36 Приклад 3 ПАн+ ПЕДОТ 310 SnO2 Темносинійбезбарвний -0,8…+1,5 -0,8…+ 1,5 -0,8…+1,5 3,2 2,5 57 3,5 2,8 62 4,3 3,5 65 Приклад 2 Модифікацію поверхні оксидного електрода на основі індій-станум-оксиду (ІТО) наношаром 2 поліаніліну здійснюють згідно з прикладом 1, пропускаючи постійний струм густиною 0,05 мА/см упродовж 10 с. Процес отримання і тестування полімерного електрохромного матеріалу проводять як у прикладі 1. Характеристики матеріалу представлені у таблиці. Приклад 3 Модифікацію поверхні оксидного електрода на основі станум-оксиду (SnO2) наношаром 2 поліаніліну здійснюють згідно з прикладом 1, пропускаючи постійний струм густиною 0,05 мА/см упродовж 7 с. Процес отримання і тестування полімерного електрохромного матеріалу ведуть як у прикладі 1, де електрод з модифікованою поверхнею використовують як робочий. Характеристики електрохромного матеріалу наведені у таблиці. Модифікація поверхні оксидного електрода наношаром поліаніліну дає змогу проводити електрохімічне одержання електрохромного полімерного матеріалу з покращеними часовими характеристиками, розширеним діапазоном напруг, контрастністю на рівні 57-65 %, що майже вдвічі перевищує показники контрасту для аналога та у 1,7 разу для прототипа, що підтверджує досягнення передбачуваного технічного результату. 2 UA 90337 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб отримання полімерного електрохромного матеріалу, за яким електрохімічно полімеризують 3,4-етилендіокситіофен на поверхні оксидного електрода, який відрізняється тим, що на поверхню електрода попередньо наносять наношар поліаніліну електролізом 0,01 М 2 розчину аніліну у підкисленому електроліті при густині струму 0,05 мА/см упродовж 5-10 с. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3