有机光电材料综述外文翻译资料

 2022-04-05 09:04

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有机光电材料综述

电致变色材料代表了关于大量现有文献的进一步扩展。本文包含电致变色器件，电致变色聚合物，导电材料，导电织物和电致变色织物装置。本文包含的许多电致变色聚合物被设计用作颜色混合的研究。电致变色织物有很多问题存在包括装置的优化和商业化挑战并提出一系列策略，以及一些未来电致变色的潜在应用。

引言：

这篇专题文章对研究工作进行了精彩的总结致力于创造颜色可以的织物电气调整。它说明了其中的一种方式这些新材料正在威胁着如何改变以及我们与电子设备互动的地方。对于例如，在显示器领域，新的有机产品基于半导体的系统正在实现这一点可以弯曲的复杂电路的构造，扭曲，甚至折叠。这种灵活性适合于许多其他不适合僵化的应用程序传统电子。这种方法仍然存在其婴儿期，但有可能彻底改变显示发电技术。另外，有机电子材料很有可能成为一种手段增加可穿戴设备的实用性。该这篇专题文章的作者揭示了如何电气驱动可逆的颜色变化，被称为电致变色，可以设计成面料。该将电子设备整合到纺织品中需求产生电致变色效应为织物提供了许多令人兴奋的途径功能和形式。作者给出了这些的味道可能性以及研究人员的挑战必须成功解决，以便我们穿上水果他们的工作。一介绍随着我们的灵长类祖先逐渐摆脱其特征体毛，他们开发出需要保护层对抗寒冷的冬天，昆虫，荆棘，紫外线等体虱的遗传分化（Pediculus humanus来自头虱（P. humanus capitis）的人类表示人类穿着3万多件衣服，114 000年。随着时间的推移，我们的祖先的优势从穿着由毛皮制成的基本服装获得，叶子，草皮和皮革已经演变为数十亿美元我们今天所知的美元纺织业。即使在那里在材料和材料方面有了很大的改进制造方法，想象如果你要踏入一个时间机器，你现在是 - 这是一个安全的赌注，一个美索不达米亚人会对你的智能手机更感兴趣比你的T恤衫。舞台为下一个设置这些纺织材料的生成将具有美感令人满意，因为它们是功能性的电致变色是材料改变的能力当施加电位差时颜色。首先电致变色装置（ECD）在1969年被描述，当时它发现WO3（三氧化钨）薄膜，可逆地改变颜色[2]。从此，合成研究工作已经产生了各种各样的材料跨越整个可见光谱，以及各种CD的组件已经进一步完善和优化。随着这些进步，以及进步可加工导电聚合物（CP），团队正在努力用于各种电致变色变色纺织品工业和学术应用。从尖端时尚到嵌入式医疗诊断指标服装，这种纺织品的可能性是无限的作为想象力。这篇评论将首先简要介绍如何ECD工作。 ECD的各个组成部分将会是突出显示，以及它们如何被优化这些年。接下来，电致变色（EC）材料的过多在文献中将被采样，包括一张表紫外/可见吸收峰的列表，两者都显示出来可用的品种和作为颜色的参考混合研究。在讨论CP和他们的意见之后延伸到纺织品，这将结束与博览会电致变色织物装置（EFD），以及它们可能在哪里在未来结束。

电致变色器件历史和基础知识

透射窗口型设备

有两种主要类型的透射式ECD，单层（图1）和双层; 这些设备不同，具体取决于使用一个或两个电致变色层。 他们分享以下基本组件：导电膜沉积在基底上的材料（工作和计数器）电极），EC材料的膜（或两个膜，每个一个电极）和一层电解质材料。 环氧树脂和其他密封剂[3]用于确保电解质材料不会从设备泄漏。 导电材料将来自电源的电荷带入EC材料，并且与所使用的基底一样，通常是光学透明的。电解质材料确保完成通过促进电极之间的离子转移来实现电路。典型地应用一个潜在的差异范围从？3到 3 V，可以改变p或d电子EC材料的状态并引起颜色变化。电致变色材料可以在两种颜色之间切换，在不同电位下的多种颜色之间[4]，或有色和无色之间。主要有三个电致变色材料类：有机小分子（viologens [5-8]，侧链低聚噻吩[9,10]），无机物[11-13]和有机聚合物。这次审查将只关注后者。有机电致变色聚合物（OEP）是高度的共轭系统通常具有带隙从0.5到3.0eV，并具有几个优点无机物。这些包括多种着色剂相同的材料带隙的可调性，高稳定性，着色效率好，开关时间快，高灵活性和相对较低的成本[14]。由于其刚性，芳香族结构，OEP通常不溶于或可加工，因此必须直接聚合在基板上，以建立一个ECD [15,16]。这个限制可以通过使用前体EC来减轻聚合物[17]或增溶取代基[18,19]。

反射型设备

反光ECD现在无处不在，虽然几乎没有引人注目对于外行观察员 - 许多主要汽车制造商正在装备新的电致变色汽车防眩镜[20]。这些镜子是用的传统的ECD架构，并使用两种EC材料双层ECD;阳极着色的物种是a噻嗪衍生物和阴极着色物质是一种紫精[21]。一个镜像表面放置在后面C材料，允许更少的光线反射回来司机随着透射率的变化。这些产品是通常用光电传感器控制，不需要输入从司机进行操作。由于缺乏纺织材料的透明度，迄今为止所有的EFD本质上是反光的。

电致变色装置组件和电解质层：

OEP历史上已被沉积到基板上在电解质/有机溶剂浴中电聚合在上述的ECD层实际上之前组装。装配需要沉积EC材料，组合电极，引入电解质材料，并密封该装置。正确的密封是通常用电化学惰性环氧树脂来实现，橡胶或丙烯酸树脂[22]，对绝对必要设备性能。电解质材料必须是物理上包含在设备内，以及EC材料易于从空气中氧化并对湿气敏感和其他环境污染物[3]。大会随着现场的发展，过程已经被简聚合[23]。用这种方法，所有的材料被合并，该装置被密封，并且EC单体是在一步中在ECD内电聚合。塔库尔等人。已经发表了全面的评论覆盖ECDs的电解质材料[24]。离子介质可以完成电极之间的电路是液体，凝胶或固体。具体的例子包括聚（乙二醇）和聚（氧化丙烯）盐溶液/交联基质和离子液体[25]。理想电解质材料容易加工，是多孔的（以促进电荷转移并避免短路），具有合理的机械强度，相对而言不受温度变化影响，并且不会被反应设备内的其他材料。窗式装置的导电材料由于其低电阻率（1 9 10 4Omega;/ cm，有时据报道会更低），光学透明度和易用性制造薄膜的铟锡氧化物（ITO）都是最常用的导电材料用于ECD [26]。 ITO薄膜已通过溅射法[27-30]制成，电束蒸发[31]，溶胶 - 凝胶过程[32,33]，和电子增强离子电镀[34]等等。在ECD中也成功使用的材料包括石墨烯[35]和聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）（PEDOT）[36]。团体目前正在加强ITO多层膜的导电性能[37]，和用ITO改善ITO的光学性能抗反射涂层[38]。由于成本高，全球铟缺乏[39]以及技术挑战在塑料上制造无缺陷涂层，团队都是如此探索ITO的替代品，包括其他金属氧化物电影[40]。

多种功能和颜色：

颜色混合将是必要的，以建立一个颜色库适用于各种应用。一种高通量的方法筛选EC单体的共聚已具有由该组发表[41]。在这项工作中，两个取代的丙烯二氧噻吩单体允许扩散到聚电解质基质中。之后饱和点达到，单体聚合在应用潜在差异时。同一些基于单体扩散的计算在电解液中，可靠的再生饲料比例可以阐明具有观察到的颜色的共聚物。使用我们的方法和各种基本颜色绘制在图2中，理论上任何颜色都可以产生。更全面的描述各种各样的可用的颜色已经发布[42,43]。

过渡到纺织品：导电聚合物：

大多数传统的ECD都是用ITO涂层的玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。过程将ITO应用于衬底是耗时且资源密集的，作为先进的溅射镀膜技术和基础设施是必要的。就导电纺织品而言，许多CP都具有被用作导电材料，包括聚噻吩[48,49]，聚吡咯[50,51]，聚苯胺[52,53]和PEDOT [54-56]。设计一个有利于商业的EFD生产，一种易于应用于织物和纺织品的CP底物是需要的。市售水溶液PEDOT，聚苯胺和聚吡咯的分散体是可用并可以通过简单的滴落涂覆CP中的基材在低于80℃的烘箱中浇铸并干燥。CP的光学特性取决于它们的频带差距[57]。所有的CP都可能是电致变色的; CP与大于3eV的带隙是无色透明的以未掺杂的形式，以及带隙小于的CP1.5eV吸收未掺杂的形式，但相对而言透明的掺杂形式[58]。次要掺杂剂是CP的重要组成部团队正在努力以增加其导电性和稳定性[59]。普通聚合物的电导率列表如下以及对纺织品CPs的彻底审查出版[60]。

电致变色变色纺织品纤维

电致变色变色纺织品领域具有制作了一些关于概念验证设备的报告文学。然而，有无数的专利建议通过各种电致变色技术的范围可以扩展到包括外来衬底，包括棉花，天然和合成织物[61,62]，纸张，玻璃，木材和皮革[63]等[64]。大公司是迅速移动专利电致变色织物空间;耐克最近获得了利用EC的概念专利材料来改变一双运动鞋的颜色智能手机应用程序[65]。康涅狄格大学分拆公司Alphachromics，Inc.正在得专利电致变色织物。

纸是用氧化还原着色剂处理的第一种纺织品。“蓝图”一词源于一种常用的方法大量生产的文件，这些文件带有颜色典型的蓝色氧化还原着色剂普鲁士蓝。在这个过程在1842年发明[66]，纸是用铁氰化钾和铵浸渍柠檬酸铁形成普鲁士棕色。暴露时光，普鲁士棕色通过生成普鲁士蓝氧化还原过程。 1843年，早期的传真机是专利，其中普鲁士蓝由电氧化产生消费作为铁笔通过纸张传递用亚铁氰化钾浸渍[67]。首先报告真正电致变色的颜色变化（基于目前在纤维材料中的应用）是在1942年，当#39;电解书写纸#39;被开发出来的时候用WO3或MoO3（钼）浸渍纸。PET作为另一个（图3）[70]。在这项工作中，ECmaterials，聚（噻吩-b-4-丁基三苯胺）（PTBuTPA）和聚（3,6-二甲氧基 - 9,9-二己基B-4-butyltriphenylamine）（PFBuTPA）喷涂到ITO涂层上塑料，因此没有被浸渍到实际中布。两种材料均在？1.1和 2.2 V之间运行。PTBuTPA在黄色和绿色之间切换，以及PFBuTPA在绿色和红褐色之间切换。它注意到织物不能处理任何附加物电位低于？1.1 V，开关速度也是如此显示应用程序缓慢。但是，着色是非常适合基于织物的设备。 Xin等人做了一个2013年hEFD采用聚苯胺涂层的ITO / PET作为一个电极，以及一块敷铜的织物片另一个[71]。铜电极平均电阻为0.04Omega;/ sq。 hEFD在黑色之间改变在1.0和 1.0V之间变成棕色.15次切换后循环，对颜色摆动的有害影响是观察到的。同样在2013年，凯利等人。浸泡PET和粘胶（纤维素黄药）无纺布材料通过筛网处理碳黑/银苯胺印刷和化学印刷直接在底物上聚合[72,73]。电导率范围从0.007至0.066S / cm和从0.035至0.0660.103 S / cm。在建立hEFD后上述基板作为底部电极，PET / ITO薄膜作为上电极（图4）随应用程序从深灰色/绿色切换到蓝色？3 V，但只能持续最多10次充电/放电循环。这是他们工作的延伸2011年，普鲁士蓝作为欧共体材料和电解质[74]（图5）。凯利已经自此尽早使用这种方法用于导电织物2007 [75]。

单底物EFD

2009年，李等人。制备了单底物EFD（ssEFD）通过原位聚合EDOT到PET纺织品上化学氧化转化法，转化为当施加的电位改变时，深蓝色至浅蓝色从范围从0.42到0V的值范围从0到 1.0 V（电导率2.67 9 10？2 S / cm;电阻1.6times;10 9Omega;/ cm 2）[76]。在同一年，这个小组使用类似的方法使用聚苯胺制造ssEFD（PANI）在棉织物上（电导率1.13 9 10 -3 S / cm，电阻1.6 9 105Omega;/ cm2）之间切换黄绿色（？0.45到 0.3 V）和深绿色（ 0.3到 10 V）[77]。在这些报告中都有观察到通过扫描电子显微镜观察到一部连续的胶片已经发展起来织物，由大约纳米粒子组成。 100和50-100纳米用于PEDOT / PET和PANI /导电棉分别。2011年迎来了ssEFD的发展通过用苯胺涂覆聚酯织物并进行化学处理用过氧二硫酸钾氧化[78]。 Cases等人。报道颜色在1 V时从石灰绿变为黑色绿色 2V（图6）。两个PANI织物样品掺杂HSO4？和Cl 2，并具有表面电阻率分别为1500和19000Omega;/ sq。一年后，Mokhtari等人通过浸泡来制作ssEFD带3-甲基噻吩的聚酯织物24小时，用氯化铁氧化转化为聚合物。他们观察到电致变色行为（红到黄）在 12V的施加电压下[79]。

全有机EFD

2010年，这个研究小组首次在这个领域出版当一个全有机EFD使用可拉伸的构造氨纶浸泡在PEDOT：PSS [80,81]和用含EC硅烷的前体喷涂聚合物[82]（图7）。最大电导率在PEDOT中通过多次浸渍循环实现：PSS是1.71 S / cm。前体聚合物在 1.1V下转化在电解质浴中以产生聚（EDOT-b-噻吩-b-EDOT），一种在氧化状态下从蓝色变为绿色的EC在减少的状态下变红[23]。确保设备变形过程中的连续性，可拉伸后来使用聚氨酯基电解质[83]实验。

电致变色“纱线”

虽然在技术上不是EFD，但在2009年Takamatsu et al。创造出2.1 9 20毫米的可拉伸螺旋#39;纱#39;传统的PEDOT / PET薄膜ECD带，可能是针织成可穿戴的织物状材料显示[84]。这些装置使用离子液体作为电解液，并从浅蓝色转为深蓝色？3 V.单件螺旋缠绕纱线是可以的机械装置之前的拉伸比为1.41失败。

前瞻 - 优化与选择应用

难度先于缓解

尽管EFD领域最近取得了令人

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