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研究生： 郭鎮銨
Zhen-An Guo
論文名稱： 聚苯胺及三氧化鎢互補式電變色元件電變色性質研究
指導教授： 楊思明
Sze-Ming Yang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程與材料工程學系
Department of Chemical & Materials Engineering
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 73
中文關鍵詞： 聚乙烯苯磺酸 、電變色元件 、電化學 、三氧化鎢 、聚苯胺 、聚丙烯酸
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    • 本研究為針對聚苯胺-聚乙烯苯磺酸錯合物（PANI-PSSA）和三氧化鎢（WO3）所組成的〝有機-無機〞互補式電變色元件系統進行電變色性質研究。研究中此元件之三氧化鎢（WO3）薄膜是以電化學方式合成，而聚苯胺-聚乙烯苯磺酸（PANI-PSSA）薄膜則分別以電化學合成（以電位掃描的方式在內含苯胺單體之聚乙烯苯磺酸及鹽酸溶液中直接合成於電極上）及以化學方法（利用氧化劑過硫酸銨於內含苯胺單體之聚乙烯苯磺酸及鹽酸溶液中氧化聚合成錯合物）合成後浸鍍製膜於電極上，另外也以電化學的方式合成了聚苯胺/聚丙烯酸（PANI-PAA）及聚苯胺/聚苯乙烯磺酸（PANI-PSSA）薄膜及純粹聚苯胺的鹽酸鹽薄膜。然後組成電變色元件（electrochromic device，ECD）。再藉由電位掃描、配合光譜測量得到在不同電壓下元件的吸收率對掃描光譜的關係圖。並利用SEM觀察聚苯胺及聚苯胺/聚電解質錯合物薄膜的表面形態，來分析薄膜表面形態對於電變色元件的電變色性質的影響情形。在研究結果中發現，不同的聚苯胺錯合物以電化學方式合成於氧化錫玻璃上時，會有不同的表面形態。而不同的聚苯胺/聚電解質錯合物的電變色效果也不同。因此聚苯胺薄膜在電極上的表面形態對於電變色元件的電變色性質造成了影響。使用半固態電解質PAMPSA做為電解質時，電變色材料與電解質的接觸情況影響了電變色元件的電變色性質，接觸越好電變色的效果維持較佳。用鹽酸溶液做為電解質時，表面結構的空隙越大，讓質子可以更快速、且容易的進出電變色材料薄膜的表面，對於電變色元件的電變色性質的生命週期有較好的幫助。由此結果發現以聚苯胺做為電變色材料時，聚苯胺薄膜表面形態會對電變色元件的電變色性質造成影響，進而影響電變色元件的生命週期。

    目 錄 目錄…………………………………………………………………….Ⅰ 圖目錄………………………………………………………………….Ⅲ 表目錄………………………………………………………………….Ⅵ 第一章 緒論………………………………………………….…………1 1－1、簡介…………………………………………………………1 1－2、聚苯胺………………………………………………………4 1－3、電變色現象…………………………………………………14 1－4、研究目的……………………………………………………17 第二章 實驗部份………………………………………………………19 2－1、藥品…………………………………………………………19 2－2、儀器…………………………………………………………20 2－3、實驗方法……………………………………………………21 2－4、性質鑑定…………………………………………………..25 第三章 結果與討論…………………………………………….………28 3－1、化學合成聚苯胺之薄膜製備……………………………..28 3－2、循環伏安圖譜分析……………………………………….29 3－3、表面形態分析…………………………………………….32 3－4、紫外-可見光光譜結果分析………………………………37 第四章 結論與展望……………………………………………………74 參考資料……………………………………………………………….76 圖 目 錄 圖1－1、常見的導電性高分子………………………………………..1 圖1－2、聚苯胺在不同氧化態下結構通式表示圖…………………..4 圖1-3、不同氧化狀態下聚苯胺結構示意圖………………………..4 圖1－4、聚苯胺的紫外可見光光譜…………………………………..7 圖1－5、聚苯胺/聚電解質錯合物的合成路徑……………………….9 圖1－6、聚苯胺/聚電解質錯合物的分子模擬……………………..10 圖1－7、聚苯胺之循環伏安圖譜…………………………………….12 圖1－8、典型的電變色元件示意圖………………………………….16 圖2－1、浸漬腹膜裝置圖…………………………………………….24 圖2－2、電變色元件組裝圖系統…………………………………….23 圖2－3、 循環伏安圖譜測量裝置圖………………………………..26 圖2－4、 紫外-可見光吸收變化測量裝置圖……………………….27 圖3－1、PANI/PSSA CV圖譜(化學合成) ………………………..29 圖3－2、PANI/PSSA CV圖譜(電化學合成)………………………..29 圖3－3、PANI、PANI/PAA、PANI/PSSA CV圖譜（白金上）………30 圖3－4、PANI、PANI/PAA、PANI/PSSA CV圖譜（ITO上）……….31 圖3－5、化學合成PANI/PSSA complex 薄膜SEM照片……………33 圖3－6電化學合成PANI SEM照片…………………………………..34 圖3－7電化學合成PANI/PAA complex SEM照片…………………..35 圖3-8、電化學合成PANI/PSSA complex SEM照片………………..36 圖3-9、聚苯胺紫外可見光譜………………………………………..41 圖3-10、聚苯胺/聚丙烯酸錯合物紫外可見光譜圖………………..42 圖3-11、聚苯胺/聚乙烯苯磺酸錯合物紫外可見光譜圖…………..43 圖3-12、(a)(b)(c)(d) 化學法合成(PANI/PSSA)/PAMPSA/WO3 電變色元件紫外可見光譜圖………………………………………….44 圖3-13、(a)(b)(c)(d) PANI/PAMPSA/WO3電變色元件紫外可見 光譜圖………………………………………………………………….45 圖3-14、(a)(b)(c)(d) (PANI/PAA)/PAMPSA/WO3電變色元件 紫外可見光譜圖……………………………………………………….52 圖3-15、(a)(b)(c)(d) (PANI/PSSA)/PAMPSA/WO3電變色元件 紫外可見光譜圖……………………………………………………….56 圖3-16、(a)(b)(c)(d) PANI/1M HCl/WO3電變色元件紫外可見光譜圖……………………………………………………………………….60 圖3-17、(a)(b)(c)(d) (PANI/PAA)/ 1M HCl /WO3電變色元件 紫外可見光譜圖……………………………………………………….64 圖3-18、(a)(b)(c)(d) (PANI/PSSA)/ 1M HCl /WO3電變色元件紫外可見光譜圖………………………………………………………….68 圖3-19、聚苯胺與三氧化鎢組成之電變色元件△OD變化圖……..72 圖3-20、聚苯胺/聚乙烯苯磺酸與三氧化鎢組成之電變色元件 △OD變化圖…………………………………………………………….72 圖3-21、聚苯胺/聚丙烯酸與三氧化鎢組成之電變色元件△OD 變化圖………………………………………………………………….73 表 目 錄 表1-1、鹼式中間氧化態聚苯胺的紅外光吸收光譜…………………..5 表1-2、聚苯胺的紫外可見光吸收波長…………………………………6 表3-1、浸鍍鍍膜條件結果示意圖……………………………………28 表3-2、聚苯胺和三氧化鎢互補式電變色元件在750nm△OD 變化表…………………………………………………………………..38

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