Электрохимическая ячейка для измерения электрохромных свойств полимеров
Хромогенные материалы - определённый класс веществ, которые изменяют свои оптические свойства под воздействием электрического тока, светового потока различной интенсивности, температуры. Типы электрохромных устройств на основе органических полимеров.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.05.2019 |
| Размер файла | 727,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Введение
Вот уже не один год исследователи многих стран изучают электрохромные полимеры и их свойства. На сегодняшний момент лидирующие корпорации в области инноваций, такие как Gentex, LG Chem, Donnelly, Pilkington и др. заинтересованы в разработке оборудования на основе электрохромных полимеров. В особенности, большое внимание ученые уделяют исследованию органических электрохромных полимеров, т.к. большинство неорганических (например, WO3 и его производные MxWO3) электрохромов на данный момент изучено, и они уже нашли свое применение в промышленности (автомобильные зеркала заднего вида). А органические электрохромы - это необъятный класс соединений. К тому же, они не столь подвержены к воздействию окружающей среды, гибки и просты в обращении. Необычным примером использования электрохромов является создание накладных ногтей для женщин, меняющих свой цвет, при различной степени освещения. Электрохромы используются в качестве pH индикаторов. Разрабатываются архитектурное и автомобильное остекление с регулируемым светопропусканием, зеркала транспортных средств (уменьшение негативного воздействия эффекта ослепления), элементы остекления самолётов и вертолётов (Компания Boeing объявила, что она оснастит салоны своих будущих самолетов регулируемым остеклением), космических кораблей, яхт и др.
Целью данной работы является проектирование и создание электрохимической ячейки, для дальнейшего использования в исследовании электрохромных полимеров.
В задачи работы входило:
проектирование ячейки
знакомство с электрохромными полимерами
3) знакомство с кафедрой полимеров и кристаллов
1. Литературный обзор
1.1 Хромогенные материалы
Существует определённый класс материалов, которые изменяют свои оптические свойства под воздействием электрического тока, светового потока различной интенсивности, а также температуры и других факторов. Это - хромогенные материалы. В своих кругах они получили название «умных» материалов. Особым видом материалов, относящихся к «умным», являются регулируемые хромогенные материалы, которые могут использоваться в регулируемом крупногабаритном остеклении зданий, остеклении автомобилей, самолетов, а также применяться в определенных видах индикаторных устройств. В регулируемых технологиях применяются: электрохромные материалы, жидкокристаллические материалы, термотропные, фотохромные и газохромные материалы.
Классификация хромогенных материалов
Хромогенные материалы с точки зрения оптического регулирования, делятся на:
1) изменяющие свои свойства под воздействием электрического поля
2) при помощи другого воздействия.
Те материалы, изменяющие оптические свойства при помощи электричества, - электрохромные материалы. Они бывают
а) неорганические электрохромные
б) органические электрохромные.
Материалы, изменяющие свои оптические характеристики под влиянием других факторов:
а) фотохромные (под воздействием светового потока),
б) газохромные (под влиянием газовой среды),
в) термотропные (под влиянием температуры).
1.2 Электрохромные полимеры
Как уже было сказано, существуют органические и неорганические электрохромные полимеры. Органические электрохромные технологии имеют огромный потенциал применения на различных рынках, по сравнению с неорганическими. На сегодняшний день она лидирует по:
а) оптическим характеристикам
б) сбережению энергии
в) простоте
г) безопасности
д) надежности
е) долговечности и т.д.
Важные примеры
Важными примерами основного класса электрохромных полимеров являются:
а) переходные оксиды металлов.
Отличным, широко изученным примером этого класса является оксид вольфрама (+6).
Пленка оксида вольфрама в обычном состоянии имеет прозрачный цвет. Рассмотрим следующую электрохимическую реакцию:
Получившийся полимер в зависимости от x имеет различные цвета. При небольших x пленка окрашена в синий цвет, а при больших x она имеет либо красный, либо золотистый оттенок. Эти явления связаны с тем, что во-первых, вольфрам частично восстанавливается до степени окисления +5, а во-вторых, происходит присоединение катиона Li+ всё это приводит к изменениям ширины запрещенной зоны и как следствие, светопропускной способности полимера.
б) Железная (берлинская) лазурь
M'k[M''(CN)6]l общая формула железной лазури, где к и l некие коэффициенты, а M' и M'' металл с различной степенью окисления.
Здесь приведена реакция восстановления берлинской лазури до Prussian white
в) виологены
Общая формула 1,1` - ди заместитель - 4,4` - бипиридилиум
г) проводящие полимеры: полипирролы, политиофены, полианилины
Проводящие полимерные материалы делятся на две большие группы:
1) полимеры с ионной проводимостью
2) полимеры с электронной проводимостью
2.1) органические металлы (полимеры с проводимостью, близкой к электропроводности Ме)
2.2) редокс-полимеры (в которых перенос электрона осуществляется за счет протекания окислительно-восстановительных реакций)
д) металлополимеры
A1:1 металло-фталоцианиновый комплекс
Рис. 1. Фотография пленок EDOT'а показывает разнообразие спектра доступных цветов
Принцип работы электрохромных устройств.
Существуют два типа электрохромных устройств на основе органических полимеров:
а) однослойные
б) многогослойные
Рассмотрим двухслойное электрохромное устройство. Оно состоит из двух оптически прозрачных электродов, на которые нанесен электрохромный слой (слева - полимер окислитель P1, справа - восстановитель P2), между электродами находится электропроводящий слой (электролит). При подаче напряжения происходит электрохимическая реакция, в результате которой Р1 восстанавливается, а Р2 окисляется, эти процессы влекут за собой изменения в окраске каждого из полимеров. Для наиболее эффективной работы устройства необходимо, чтобы окислительно-восстановительные потенциалы электрохромов были близки друг к другу. При изменении полярности происходят обратные процессы, приводящие к обесцвечиванию электрохромного слоя.
Рис. 2. Пример двухслойного электрохромного устройства
При подаче более высокого напряжения происходит разрушение электрохромного слоя и его способности окрашиваться.
1.3 Хроновольтамперометрические методы изучения электрохромных полимеров
электрохромный полимер хромогенный
В вольтамперометрии в качестве электрического воздействия может использоваться либо заданный потенциал Е(t) индикаторного электрода, либо заданный i(t). Соответственно откликом в первом случае является ток, а во втором - электродный потенциал.
Существует множество аппаратурных методов вольтамперометрии, но в нашем случае мы подробнее остановимся на хроновольтамперометрических методах.
Эти методы, характеризуются быстрым изменением воздействующего сигнала в виде линейного или линейно ступенчатого (состоит из малых ступеней с постоянной высотой дЕ и длительностью дt, при этом скорость развертки определяется как дЕ/ дt) изменения электродного потенциала со скоростями от долей до сотни и более вольт в секунду. При этом регистрируется динамическая вольт - амперная характеристика датчика.
Достоинствами хроновольтамперометрии являются
а) высокая скорость получения вольтамперограмм при достаточно большой чувствительности.
б) способность обнаруживать и количественно определять короткоживущие продукты электрохимической реакции.
в) повышенная информативность при кинетических исследованиях электродных процессов.
Хроноамперометрия.
Этот метод основан на получении и интерпретации временной зависимости фарадеевского тока, вызванного скачкообразным изменением потенциала электрода ДЕ от начального значения Е0( такой, при котором электрохимическая реакция не протекает) до некоторого Е, при котором протекает электрохимическая реакция.
Этот метод может быть использован для определения коэффициентов диффузии, скоростей электрохимических реакций и т.д..
Циклическая вольтамперометрия.
Часто вольтамперограммы регистрируются в условиях, когда развертка потенциала идет сначала в одном, а затем и в обратном направлении с одинаковой по величине скоростью.
Хронопотенциометрия.
В этом методе измерения осуществляются в гальваностатическом режиме, т.е. при контролируемом токе, изменяющемся в начальный момент скачком от нуля до некоторого значения. Интерпретация временной зависимости Е(t) индикаторного электрода позволяет судить о характере электродного процесса и связанных с ними химических реакциях. При этом используется трехэлектродая ячейка, а потенциал Е(t) измеряется относительно электрода сравнения.
2. Экспериментальная часть
Конструкция трехэлектродной ячейки.
Электрохимическая ячейка для изучения электрохромных свойств полимеров должна была обладать следующими качествами:
Во-первых, она должна быть удобной, компактной и практичной. Мы стремились подобрать оптимальный размер ячейки для уменьшения затрат электролита. Так же, в зависимости от полимера, мы бы хотели работать с различными электролитами, не изменяя раствор электрода сравнения и противоэлектрода.
Во вторых, главной проблемой при конструировании ячейки была - определение оптимального местоположения электродов. При электрохимических измерениях регистрируются изменяющиеся во времени электрический ток или разность потенциалов. Мы отделили рабочий электрод, противоэлектрод и электрод сравнения друг от друга. Электрод сравнения вынесли в отдельную кювету, для обеспечения постоянства его потенциала. Для поддержания электролитического контакта индикаторного электрода с электродом сравнения мы использовали солевой мостик. Противоэлектрод поместили в камеру, изолированную от ячейки полупроницаемой перегородкой из пористого стекла.
В-третьих, работая с полимерами, хотелось бы избежать контакта с кислородом. Для обеспечения герметичности ячейки мы использовали шлифы. При помощи специальных выводов осуществляется продувка ячейки инертным газом (Ag, N2).
В-четвертых, материал ячейки должен обладать химической стойкостью и параметрами пригодными для спектроскопии (например, кварц). Учитывая вышесказанное, мы остановились на следующей конструкции.
Рис. 3
Литература
1. Roger J. Mortimer; Aubrey L. Dyer; John R. Reynolds; Electrochromic organic and polymeric materials for display applications; Displays 27 (2006) 2-18
2. Avni A. Argun; Pierre-Henri Aubert; Barry C. Thompson; Irina Schwendeman, et alias; Multicolored Electrochromism in Polymers: Structures and Devices; Chem. Mater. 2004, 16, 4401 - 4412.
3. Roger J. Mortimer; Electrochromic Materials; Chemical Society Reviews, 1997, volume 26
4. А.М. Тимонов; С.В. Васильева; Электронная проводимость полимерных соединений; Соросовский образовательный журнал, том 6, № 3, 2000
5. Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.В. Вяселев; Основы современного электрохимического анализа. М.: Мир: Бином ЛЗ, 2003.-529 с. ил. - (Методы в химии)
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Социокультурная роль, внешний вид и физико-механические характеристики полимеров. Важнейшие свойства биополимеров и их функции. Маркировка изделий. Характеристика российского рынка изделий из полимеров. Динамика развития рынка пленок, труб и листов.
презентация [338,0 K], добавлен 13.12.2013Общая характеристика и классификация полимеров и полимерных материалов. Технологические особенности переработки полимеров, необходимые процессы для создания нужной структуры материала. Технологии переработки полимеров, находящихся в твердом состоянии.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 01.10.2010Зависимость деформационных свойств пластмасс от температуры. Зависимость прочности полимеров от скорости нагружения. Усталостные свойства пластмасс. Проектирование экономически эффективных изделий из пластмасс. Метод механической обработки заготовок.
реферат [20,9 K], добавлен 29.01.2011Контроль температуры различных сред. Описание принципа бесконтактного метода измерения температуры. Термометры расширения и электрического сопротивления. Манометрические и термоэлектрические термометры. Люминесцентный метод измерения температуры.
курсовая работа [93,1 K], добавлен 14.01.2015Факторы, влияющие на гибкость макромолекулы полимера, радикальная и ионная полимеризация, виды поликонденсации. Деформационно-прочностные свойства аморфных и кристаллических полимеров. Термическое воздействие на полимер. Сшивание эластомеров серой.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 10.12.2012Особенности проектирования и устройство установки для измерений светового потока люминесцентной лампы ЛД-80, а также анализ ее достоинств, недостатков и путей усовершенствования. Методика оценки погрешности измерения светового потока в светомерном шаре.
курсовая работа [270,6 K], добавлен 26.07.2010Классификация композиционных материалов, их геометрические признаки и свойства. Использование металлов и их сплавов, полимеров, керамических материалов в качестве матриц. Особенности порошковой металлургии, свойства и применение магнитодиэлектриков.
презентация [29,9 K], добавлен 14.10.2013Принципиальная схема одночервячного экструдера и бункера для переработки полимеров. Основные зоны пластицирующего червяка. Поддержание заданного температурного режима. Конструкция фильтров для очистки расплава. Системы управления процессом экструзии.
реферат [898,7 K], добавлен 28.01.2010Температура и температурные шкалы, условия ее измерения. Классификация термометрических свойств. Выпускаемые пирометрические датчики, промышленные устройства для дистанционного измерения температуры. Расчеты, подтверждающие работоспособность устройства.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 31.07.2010Многослойные и комбинированные пленочные материалы. Адгезионная прочность композиционного материала. Характеристика и общее описание полимеров, их свойства и отличительные признаки от большинства материалов. Методы и этапы испытаний полимерных пленок.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 21.11.2010Клеевые материалы на основе синтетических полимеров: понятие, структура, методика производства и степень использования в современном швейном производстве, пути улучшения их качества при производстве одежды. Плазмохимическая обработка материалов.
контрольная работа [166,6 K], добавлен 25.03.2011Реакция синтеза полимера из соединений, имеющих две или более функциональные группы, сопровождающаяся образованием низкомолекулярных продуктов (H2O, HN3, HCl, CH2O). Форма и структура макромолекул полимеров. Физическое состояние аморфных полимеров.
презентация [3,0 M], добавлен 21.06.2017Механические соединения полимеров. Использование заклепочных соединений при работе с полимерными изделиями, не подлежащими сварке. Резьбовые соединения, схема "винт-гайка". Принцип нажимной кнопки (соединение защелкиванием). Варианты обработки резанием.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.06.2012Особенности термореактивных полимеров - материалов, в которых фиксация формы при изготовлении изделий является результатом химической реакции образования трехмерного полимера. Оборудование для приема, хранения и транспортирования сырья, пневмотранспорт.
реферат [311,0 K], добавлен 28.01.2010Сварка нагретым инструментом, нагретым газом, с применением инфракрасного излучения, с помощью растворителей. Высокочастотная, ультразвуковая, лазерная сварка. Химическая сварка термопластов, отвержденных реактопластов. Термоконтакная сварка полимеров.
курсовая работа [239,0 K], добавлен 13.07.2015Понятие конструкционных и строительных материалов. Полимеры, на основе которых создаются пластмассы, их классификация. Примеры применения технических полимеров. Древесина - древнейший естественный строительный материал. Каучуковый клей для мягкой мебели.
реферат [201,7 K], добавлен 06.11.2012Общая характеристика электрофизикохимических технологических процессов. Методы изготовления формы, размеров, шероховатости и свойств обрабатываемых поверхностей заготовок, происходящие под воздействием электрического тока и его разрядов и так далее.
реферат [383,1 K], добавлен 18.01.2009Промышленное производство пленок из синтетических полимеров (полиэтилен, поливинилхлорид и др.) осуществляется непрерывным методом из расплавов полимеров двумя способами: каландровым и выдавливанием червячными прессами. Применение пленочных изделий.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 15.05.2008Пластмассами называются материалы, полученные на основе естественных и синтетических высокомолекулярных соединений полимеров. Технологические процессы изготовления деталей из пластмасс: прессование, литье под давлением и пневматическое формование.
реферат [329,3 K], добавлен 18.01.2009Виды теплоизоляционных материалов, которые предназначены для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений. Классификация, свойства. Органические материалы. Материалы на основе природного органического сырья.
презентация [5,0 M], добавлен 23.04.2016
