电致驱动纸机电特性及其潜在应用

文专注于电致驱动纸的机电特性进行研究。电致驱动纸结构能够在相当低的电压下以较低的功率消耗,产生比较大的弯曲位移变形。电致驱动纸是一种复杂的各项异性材料,目前还没有对其进行广泛的定量特征化分析,在电致驱动纸能够应用在驱动器结构之前还要进行基本的机电性能测试与分析。经计算电致驱动纸的杨式模量的变化范围为5～8GPa。热机械分析被用来确定由于去水化以及最大应用温度而影响尺寸变化程度的因素。通过测试样品的关键特性,提供一种测试该材质疲劳特性的一种方法。基于频率的电阻抗分析和介电特性测试也是分析者确定电致驱动纸的电特性。最后利用测试并计算样品顶部的位移大小、阻滞力以及消耗的电功率,来检验电致驱动纸的性能。     

离子型电活性聚合物驱动器的研究进展

近年来软驱动材料在可穿戴设备、医疗健康器件、软体机器人等领域中的重要应用引起了学术界和工业界的关注。在软驱动材料中,电活性聚合物材料(EAP)是一种在电场刺激下能够改变形状或尺寸的软驱动材料,可分为电子型和离子型EAP。与电子型EAP相比,离子型电活性聚合物(IEAP)驱动器因具有较低驱动电压,在医疗器械和可穿戴设备上具有显著的应用优势。近年来,随着电极材料和离子液体基聚合物凝胶电解质材料的发展,大大改善了传统IEAP驱动器的响应速度慢、大气中的耐久性差、电致变形和应力小等缺点。本综述中,我们较全面地总结了IEAP材料的类型以及其研究进展,包括基于离子聚合物-金属复合材料(IPMC)、导电聚合物材料(CP)、巴基凝胶(Bucky-gel)材料和离子凝胶(IG)材料等。此外,还总结了不同类型IEAP驱动器的机电耦合机制、性能和应用进展并讨论了IEAP驱动器未来发展趋势和面对的挑战。     

可控变色织物制备及颜色控制研究

基于聚苯胺电致变色高聚物、采用反射型电致变色器件结构模型,以柔性导电织物作为电极,构建了可控变色织物,可在-1.0～+1.0 V低电压范围内实现颜色变化显著的黄色和绿色的可逆响应.系统研究了变色织物在不同电压、不同弛豫时间及不同颜色工作电极下的L*a*b*,ΔE*值及反射率曲线,且讨论了透射型电致变色器件和电致变色织物的区别.随着正电压的增加,变色织物对应的a*b*依次减小,蓝绿色加深;随着负电压的增加,变色织物对应的a*b*依次增加,变色织物黄色加深.撤去电压后变色织物发生放电弛豫,慢慢回复到未加电压时的本征态.工作电极底色对电致变色织物也有显著的影响.变色织物的断电放电弛豫时间低于透射型电致变色器件.     

聚氨酯与铁电陶瓷粉复合物的电致感应性能研究

利用双辊制备了一系列热塑性弹性体聚氨酯（PU）和铁电钛酸锆酸铅盐（PZT）的电感应PZT／PU复合物。X－衍射和SE镜结果显示,复合物中,在铁电相中PZT陶瓷粉呈现结晶态并且均匀分布在PU基体中,复合物的弹性模量和相对电容率随着复合物中PZT体积分数增加而升高,在高压电场下,低PZT含量的复合物呈现负的电致伸缩应力,当PZT体积分数增加到6％以上时,在某个临界电场下,复合物呈现出电致伸缩应力反转的特性,即电致伸缩应力从负转变为正,并且发生应力反转的临界电场随着复合物中PZT体积分数的增加而降低,PU的电致伸缩特性与PZT在高电场下极化反转效应结合,导致了PZT／PU复合物这种有趣的性能,因此PZT／PU复合物将在高电压场方面作为传感器开关材料得到广泛应用。     

基于无机电致变色材料的变色储能器件

电致变色和电化学储能的原理均是基于电荷在电极中的嵌入或脱出而发生的氧化还原反应,具有相同的电化学本质。将电致变色和电化学储能功能集成在一起的电化学器件即电致变色储能器件。以锂离子电池为代表的电化学储能器件已广泛商业化,单一功能的电致变色器件也已被广泛报道并有商业化应用,但有关电致变色储能器件的研究仍然停留在实验阶段。该类器件在电化学储能的同时,可以改变其在可见光甚至红外波段的透射率,并可用颜色指示器件的荷电状态,为电化学器件提供新的应用前景。电致变色储能器件主要包括电致变色超级电容器、电致变色电池和光驱动电致变色智能窗等。电致变色超级电容器和电致变色电池以同时具有电致变色效应和电荷存储性质的材料为正负电极,光驱动电致变色智能窗则还包括将光能转化为电能的光电转换部分。这些器件可用于建筑节能智能窗、静态显示、智能传感等。此外,在柔性基底上制备的可穿戴电致变色储能器件在智能服装、植入显示器和电子皮肤等方面具有应用潜力。本文从基本原理、研究进展和应用领域等方面对无机电致变色储能材料与器件进行综述,并提出未来的研究展望。     

无机-无机复合电致变色材料的研究进展

在外加电压的作用下,电致变色材料的光学性能（颜色、透光率等）能够可控制、可逆地变化,在节能减排领域有重要应用前景。随着相关研究的不断创新、深入和拓展,单一组分的电致变色材料因受到其自身结构和性能的限制,不能表现出人们所期望的电致变色性能,并且在结构和性能上不具有可设计和调控性,因而越来越无法满足实际应用的需求。与非复合电致变色材料相比较,复合型材料在这方面具有明显的优势,其优势体现在通过合理的材料设计,借助复合材料各组分的协调作用,充分激发各组分的优点,克服各自的缺点,可以获得结构和性能优异的电致变色材料。因此,近年来越来越多的研究聚焦于复合型电致变色材料。目前已开展研究的复合型电致变色材料的种类很多,根据复合组分是无机材料还是有机材料来对复合型电致变色材料分类的话主要可分为无机-无机复合、无机-有机复合和有机-有机复合3大类。相比有机电致变色材料,无机电致变色材料在材料成分控制、机械性能、光调制、使用稳定性、寿命等方面优势显著,因此,单一组分的和复合型的无机电致变色材料始终是本领域研究的重要方向。因此,本文致力于近年来无机-无机复合电致变色材料、器件和电解质的研究现状和未来的发展动态,对其研究进展、所存在的问题和发展趋势进行了归纳总结,为复合型电致变色材料的进一步研发和应用提供依据。     

苯胺链段为侧基的聚酰胺酸的合成及性质

采用三元共聚法制备了苯胺齐聚物为侧链的接枝型聚酰胺酸. 通过红外光谱、核磁共振谱及高效凝胶渗透色谱等技术对聚合物结构进行了表征. 该材料亚胺化后具有十分优异的热稳定性. 紫外-可见光谱和电化学测试结果表明, 该聚合物具有独特的光谱性质和可逆的电化学活性. 聚酰胺酸/ITO电致变色电极具有颜色变化明显, 响应速度较快, 着色效率高等优点, 是一种综合性能较好的电致变色聚合物材料.     

电驱动碳黑/液态金属/液晶弹性体复合薄膜

利用导电填料碳黑（CB）嵌入液态金属/液晶弹性体（LM/LCE）复合薄膜中,通过二次交联法制备了类似于“三明治”结构的电刺激响应碳黑/液态金属/液晶弹性体（CB/LM/LCE）复合薄膜。通过傅里叶红外光谱、差示扫描量热、广角X射线衍射、扫描电子显微镜、万能拉伸试验仪和电驱动响应机制等对LM/LCE和CB/LM/LCE复合薄膜分别进行表征和分析。研究结果表明,LM/LCE和CB/LM/LCE复合薄膜具有优异的力学性能和电驱动收缩可逆形变性能,在80 V电压驱动下,可实现高效电热转换,最大收缩率达到45%;在负载50 g重物的情况下,依然可以实现可逆电致收缩形变,最大收缩率为42%。     

液晶弹性体刺激形变研究

开发可以通过外部刺激产生机械形变的人工致动材料是一个近年来的研究热点。其中,液晶弹性体因结合了聚合物网络的橡胶弹性和液晶的有序性而具有独特的性质,在热、光、电等的外界刺激下可以产生可逆的形状记忆效应。本文综述了液晶弹性体响应多种外界刺激产生各种形变的行为,主要介绍了有关热致形变液晶弹性体、电致形变液晶弹性体、化学刺激导致形变的液晶弹性体及光致形变液晶弹性体的研究进展,阐述了各类液晶弹性体产生形变的机理包括热致、电致和光致相转变,讨论了影响其响应性能的主要因素,并展望了这一领域的发展前景。     

原位聚合沉积聚苯胺薄膜及其电致变色性能

采用原位聚合的方法,以水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为空间稳定剂,直接在玻璃基体表面聚合沉积导电聚苯胺(PANI)薄膜。用扫描电镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)、四探针电导率测试仪和热重分析仪(TG)对聚苯胺膜结构及性能进行了表征。采用循环伏安法测试了薄膜的电致变色性。结果表明:盐酸掺杂聚苯胺薄膜呈翠绿色,薄膜厚115 nm,表面电导率为4.6×10-3S/cm。电致变色实验中聚苯胺电极电位在-6~ 6 V循环变化时,薄膜颜色在黄绿和蓝绿间可逆变化。电致变色前后聚苯胺薄膜的紫外可见吸收光谱表明,随着电极电位的降低,极化子峰发生红移,说明聚苯胺分子链中醌式结构单元被还原,聚苯胺薄膜质子化程度提高。