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介绍

电致变色材料通过在外部电势下离子插入的电化学氧化还原来改变其光学性质，为柔性显示器、智能窗口和军用伪装开辟了新的可能性。传统制备电致变色材料是通过磁电溅射、电化学沉积、旋涂和喷涂等在导电基底上沉积材料以制造电致变色器件（ECD），但以上方法均不能满足产品具有单独图案设计的要求。喷墨打印技术为解决上述问题提供了一种很有前途的非接触式沉积策略，可在多种基板上创建数字和定制图案，包括柔性薄膜，可满足具有单独图案设计的柔性电致变色电子产品的要求。

在各种电致变色材料中，共轭有机聚合物（COP），如聚苯胺（PANI）和聚噻吩衍生物，由于其颜色多样、加工简单、制造成本低及灵活性，在ECD中引起了广泛关注。为了克服喷墨打印油墨中存在的光电性能差、添加剂残留等问题，构建低维COP有助于创建具有稳定分散性和可靠光电性能的直接喷墨打印油墨。

东华大学张耀鹏研究员带领团队成功地制备了无任何添加剂的2D层状PANI基油墨，将PANI油墨加载到喷墨打印系统（Jetlab 4，MicroFab），通过直径为80μm的压电喷嘴在250Hz振动频率下实现高打印效率和均匀性制备的电致变色图案。

如图1所示，为2D层状PANI油墨的制造，其中（a）为柔性和图案化电致变色电极的制备示意图；（b）和（c）为制备的pTSA-PANI膜的SEM和AFM图像；（d）为沿（c）所示红线的高度剖面图；（e）为分散在不同溶剂中的各种PANI油墨的照片；（g）和（f）为FA油墨中pTSA-PANI薄膜和PANI薄膜N 1s峰的FTIR谱和XPS谱；（h）和（i）为分散在FA中的片层PANI薄片的TEM和AFM图像；（j）为沿着（i）中显示的红色和蓝色线的高度轮廓。实验结果证明成功地制备了无添加剂的PANI油墨，并保持了其原来的二维层状结构和掺杂状态。

▲ 图1

如图2所示，为2D PANI油墨的喷墨打印，（a）为片状聚苯胺油墨在不同基材上的接触角。（b）为喷墨液滴的频闪图像显示了稳定的喷墨性能。（c）为各种IJP PANI图案的照片。（d）和（e）为具有=20的打印层的ITO玻璃上的IJP PANI膜的表面和横截面的SEM图像。（f）为具有不同打印层的PANI薄膜的光学透射光谱。（g）为打印在裸PET基板上的薄膜的电流-电压（I-V）曲线。（h）为打印在裸PET衬底上的膜的膜厚度和薄层电阻。因此证明通过调整打印效果，可以很容易地制备出具有各种光传输和电阻值的光电薄膜层。

▲ 图2

如图3所示，为IJP PANI膜的电化学和电致变色性能，（a）为以1mol/L LiClO₄/PC电解质测量的CV曲线。（b）为在不同电位下，以=5打印的PANI膜的光透射光谱。（c）为具有不同打印层的IJP PANI膜的着色/漂白切换行为。（d）为作为注入电荷密度函数的光密度变化（ΔOD）。（e）为IJP PANI膜、器件和先前报道的其他电致变色材料的CE值和光学对比度的比较。（f）和（g）为IJP PANI膜的奈奎斯特图和扩散系数（DEI）。（h）为在不同扫描速率下以=5打印的PANI膜的CV曲线。（i）为阳极和阴极电流响应的对数图。实验结果证明PANI膜的阳极和阴极峰值电流随着打印层数的增加而增加；少量的电荷插入/提取可以导致较大的光调制，确保了IJP PANI薄膜的长期电化学稳定性。这些结果表明，多层堆叠并没有显著降低聚苯胺膜和电解质界面上的转移速率以及打印聚苯胺膜在多功能电致变色能器件领域的潜在应用前景。

▲ 图3

如图4所示，为各种PANI ECD的演示。（a）为不同电位下=5的PANI ECD的光透射光谱。（b）为100次弯曲循环后=5的PANI ECD的电致变色切换行为。弯曲曲率为4厘米。（c）为弯曲和未弯曲状态中的图案化ECD的电致变色切换从漂白状态（−1.V）到着色状态（1.V）（从左到右）。（d）为七段显示器的示意图，（e）为七段显示器数码照片，其中在裸PET上丝网印刷的七条银导线被设置为控制单个IJP PANI段。实验结果证明了可打印ECD的良好稳定性和机械灵活性,为柔性显示器、智能窗口和下一代电子产品领域使用COP提供了可能性。

▲ 图4

结论