材料工程论文哪里有？本文以多酸 K6P2W18•10H2O 为电致变色单元，聚丙烯酰胺水凝胶（PAAm）为基体，利用多酸表面带负电荷的特性与带正电荷的高分子水凝胶通过静电作用结合，得到了一种电致变色水凝胶。该水凝胶电致变色材料具有一定的可逆循环性的同时，还具有光学对比度高，响应时间快的特点。这种柔性的电致变色水凝胶设计策略为电致变色柔性器件的制造开辟一个新的方向。
第 1 章 绪论
1.3 光致变色
1.3.1 光致变色材料分类
人们对光致变色的材料已有 100 多年的历史，各种具有光致变色特性的材料在此期间不断的被发现与合成。光致变色材料种类繁多，对这一类材料的分类也有较多方法。例如根据材料所具备的功能可分成单功能光致变色材料和多功能光致变色材料等。像电致变色一样，光致变色材料也可分为无机和有机类型。以下我们将以这种分类方法进行介绍。
1.3.1.1 有机光致变色材料：
有机材料分子易于修饰，有机光致变色材料同样如此。例如偶氮类、二芳基乙烯、俘精酸酐类、螺噁嗪、螺吡喃、苯并吡喃、和紫精类化合物等有机光致变色材料均可被各种基团所修饰。在激发光的刺激下，这类材料可发生构型的转变或环化过程，进而造成了分子的共轭面积的变化，材料的吸光度因此改变，宏观上表现出颜色的改变。由于在变色时是由较稳定的结构转变为较为不稳定的结构，因此在失去光源的刺激后，又会在可见光状态下回到稳定状态从而变为无色态，因此实现了可逆的光致变色过程。
1.3.1.2 无机光致变色材料：
无机光致变色材料在激发光源的刺激下可发生电子迁移过程，从而导致了氧化还原反应的发生，宏观上材料的颜色改变。过渡金属氧化物[49]，多金属氧酸盐[50,51]，IB、IA 和 IIA 族金属卤化物[52]以及普鲁士蓝类化合物是构成无机变色材料的三大类[53]。我们以几种常见的无机材料进行介绍
（1）卤化银光致变色材料
此材料开发较早，大多用于镜片领域。卤化银在光照下会分解成银单质，单质会聚集形成微晶，因此镜片变为棕色。当光线较暗时银单质又会转变成卤化银，因此镜片颜色恢复。
（2）过渡金属氧化物光致变色材料
在一定的光照下 TiO2、V2O5、MoO3 和 WO3 等过渡金属氧化物即可发生光致变色反应。例如在特定的光照下 MoO3 能由无色变蓝为色，光照使 MoO3 产生了光生电子，光生电子被 Mo 原子捕获从而使 Mo（VI）转变为 Mo（V）因此使颜色变蓝[54-59]。O2 的存在能够使变色后的 MoO3 褪色，原先的光生电子，被 O2 所夺取，即 Mo（V）在 O2 的氧化作用变为 Mo（VI），因此从蓝色变为了无色。
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第 2 章 电致变色水凝胶的制备及性能研究
2.1 引言
电致变色材料具有在不同的电压下能够改变颜色的特殊能力，因此被广为研究。利用电信号使材料对光的吸收、透射或反射进行可逆的调制，使它们在智能窗、电致变色显示器、有源滤光片和防眩光后视镜等领域具有巨大的应用潜力。近年来，便携、轻质、高灵活性可穿戴智能设备成为人们追求的热点，这为变色材料的研究提供了新的发展方向。然而，传统的电致变色器件（ECD）由透明导电电极、电致变色层、电解质层和离子存储层 5 层结构组成，由于其具有复杂的多层结构，因此造成器件的响应速度慢、生产成本高，规模化生产困难。同时大多数变色材料为刚性材料，使得这类变色材料在可穿戴设备领域的应用有着极大的困难。
众所周知，水凝胶是一种像人体组织一样的柔软，像弹性体一样有弹性的材料。因此，它们被认为是可应用于未来柔性穿戴设备的理想材料。最近已有不少学者报道了水凝胶在显示器、传感器、电池电容器、导电材料上的应用。因此，在水凝胶中引入一些发光物质或变色物质将水凝胶功能化是一个不错的方案。然而，在电致变色领域，水凝胶变色材料却鲜有报道。此外，先前报道的具有变色性能的水凝胶大多使用了有机溶剂[110,115]，因此水凝胶具有一定毒性的同时成本也较为昂贵。所以，当下急需一种具有环境友好性、生物相容性、快速响应、柔性可拉伸同时兼具低成本与规模化制造的材料。
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2.2 实验部分
2.2.1 实验药品及仪器
表 2-1 实验材料 
表 2-2 实验仪器与设备
聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶的制备方法如下：首先将一定量的 AAm、MBA 和AP 依次溶解于去离子水中。然后，将 TMEDA 添加到上述溶液中迅速搅拌 30 s，之后将所得溶液倒入自制玻璃模具中，在室温条件下固化 6 h 以获得交联完全的 PAAm水凝胶。
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第 3 章 光致变色水凝胶的制备及性能研究
3.1 引言
在上一章中，我们以 PAAm 水凝胶为基体，多酸 P2W18 为电致变色单元，制备了将电致变色层、电解质层和离子存储层相结合的单层电致变色水凝胶。由于电致变色材料在着色与褪色时牵涉到离子的注入与脱除，因此需要控制的条件较多，对于电致变色水凝胶的实际应用造成了一定的限制。故我们希望寻求一种较为简单的途径来使多酸基水凝胶变色材料能更好的应用于实际中。多酸不仅可以在电压的刺激下变色，也可在光照的刺激下变色。相较于电致变色，光致变色不涉及到离子的注入与脱除，需要控制的因素较少，更有可能得到实际的应用。
如今，光存储介质是人类生产生活中不可或缺的记录工具。我们日常使用的光存储介质大多是由刚性的盘片结构为基材的材料，例如光盘。但这种刚性材料在外力的作用下易碎、易断而导致信息的丢失。因此，可拉伸、对外力有一定抵抗作用的柔性光存储材料应运而生。但是，目前所报道的基于水凝胶的光存储材料，多数力学性能较差，严重影响其在实际生活的应用[113]。
因此，在本章节我们以 PAAm 和大分子海藻酸钠（SA）为聚合物网络基体，N,N-亚甲基丙烯酰胺（MBA）为化学交联剂，过硫酸钾（KPS）与四甲基乙二胺（TMEDA）为助引发剂，Mo7 作为光致变色单元开发了一种 PAAm/SA-Mo7 双网络光致变色水凝胶，作为光存储材料。与其他水凝胶相同，该双网络水凝胶兼具良好柔性的同时，制备工艺简单，制作成本较低。该水凝胶不仅力学性能较好，显著的优于纯 PAAm 基光致变色水凝胶，同时也具有高透过性，仅仅比 PAAm 基光致变色水凝胶透过率低3%[114]。其对紫外光的也能够快速响应，在紫外光照射下仅需 15s 即可从透明状态转变为有色状态。
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第 4 章 结论
总结本论文的研究工作，我们以多金属氧酸盐 P2W18 和 Mo7 分别作为电致变色单元和光致变色单元，利用其表面带有负电荷的特点，与一系列带正电荷的高分子水凝胶复合，设计并制备了两种具有不同变色功能的水凝胶，它们制备工艺条件简单，响应速度较快，并展现出一定应用价值。
第一，我们以 PAAm 为单体，MBA 为交联剂，KPS 为引发剂，P2W18 为电致变色单元，以自由基聚合的方式制备了电致变色水凝胶。这种水凝胶具有一定的力学性能，其中 PAAm-P2W18-3 断裂应力和断裂伸长率分别为 49.6 kpa，195.5%，另外该水凝胶的最大光学对比度达到了 53.7%，着色时间和褪色时间分别为 8.7 s 和 10.6 s。着色效率达到了 125.5 cm2/C，不过该电致变色水凝胶循环性能一般，在 100 圈着色-褪色循环后对比度下降较多，下降了 14.3%。但这种将电致变色层、电解质层与离子存储层融为一体的电致变色材料制备策略，与传统的 5 层的电致变色器件相比，大大简化了电致变色结构。降低了电致变色器件的制备难度。
第二，我们以 PAAm/SA 为基底，MBA 为交联剂，KPS 为引发剂，Mo7 为光致变色单元，制备了双网络互穿光致变色水凝胶。该水凝胶力学性能较好，断裂应力达到 170kpa，断裂伸长率达到了 3300%。其透过率较高，添加不同浓度光致变色单元的水凝胶均达到了 87%以上。其具有快速响应能力，15 s 即可发生光致变色现象。该水凝胶的光致变色程度可通过控制光照时间以及光照强度来进行精确的控制。在变色后，可通过 O2 使其褪色，褪色程度也能够通过控制各种条件来得到精确的控制。此外，该水凝胶能够多次的擦除-重写，具有一定的循环性能，因此可以作为一种柔性信息存储材料。
参考文献（略）
