聚噻吩類電致變色材料以及EC-EFC雙功能聚合物.pdf

1、電致變色(Electrochromism，EC)是指材料在外加電壓的作用下，帶電離子與材料發(fā)生摻雜和去摻雜，導(dǎo)致材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進而材料的光學(xué)性能在可見光紅外吸收區(qū)域內(nèi)發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象。其宏觀的表現(xiàn)為色彩及透明度的變化。
　　在智能窗、智能太陽眼鏡、防眩目汽車后視鏡、靜態(tài)顯示器等領(lǐng)域表現(xiàn)出的使用前景使得電致變色材料及器件因其而越來越受到研究者們的重視。在眾多的電致變色材料中，聚噻吩類電致變色材料具有諸多明顯的優(yōu)勢，如穩(wěn)定的

2、電致變色性能，較高的色彩對比度，快速的響應(yīng)時間，較高的導(dǎo)電率，合成與改性方法簡單，可通過分子優(yōu)化得到多色彩顯示等。故而研究聚噻吩類衍生物電致變色材料具有重要的科學(xué)意義和較高的商業(yè)應(yīng)用價值。
　　本論文圍繞聚噻吩類電致變色材料，通過改變聚合物主鏈結(jié)構(gòu)及側(cè)基種類，優(yōu)化材料的色彩、溶解性、透過率差、以及熒光等特性。我們設(shè)計并合成了一系列聚噻吩類電致變色材料，組裝器件，表征并研究了材料和器件的性能，探索了材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系規(guī)律。本論

3、文包括以下四個部分的工作:
　　第一部分的工作中，我們設(shè)計并合成了兩種可以進行電化學(xué)聚合的聚噻吩類電致變色材料。一種材料的單體為3，4-(2'，2'-二(2"-氧代-3"-苯基丙基)）丙撐二氧噻吩，即ProDOT-(COCPh)2，其聚合物薄膜在中性態(tài)呈現(xiàn)藍色，氧化態(tài)為無色透明。氧化電壓和還原電壓分別為0.4V和-0.25V。該材料具有驅(qū)動電壓低，響應(yīng)時間快（1.7秒），氧化態(tài)透過率高等特點。其著色態(tài)和褪色態(tài)的最大透過率差可達77

4、.5％。該電致變色聚合物在電致變色窗，后視鏡，和靜態(tài)顯示等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。另外一種材料的單體為3，4-(2'，2'-二(2"-氧代-3"-噻吩丙基)）丙撐二氧噻吩，即ProDOT-(COCThi)2，其聚合物薄膜在中性態(tài)時呈現(xiàn)磚紅色，在氧化態(tài)時為藍灰色。因為該材料聚合物中有兩種不同位置的噻吩環(huán)參與了氧化還原過程，故其有兩個氧化電壓（0.54V和1.06V）和還原電壓（-0.56V和0.4V），而ProDOT-(COCPh)2雖然

5、具有類似的結(jié)構(gòu)，但是氧化電壓和還原電壓均只有一個。兩種材料在氧化還原峰上的區(qū)別從側(cè)面說明了ProDOT-(COCPh)2聚合物中的苯環(huán)并不參與離子的摻雜和去摻雜過程。
　　第二部分工作中，我們采用鈀催化的Stille偶聯(lián)聚合方法，合成了一種可噴涂成膜的聚噻吩類電致變色材料。該材料為交替聚合物，兩種單體分別為聯(lián)噻吩和3，4-（2'，2'-二（2"-氧代-4"-乙基）辛烷））丙撐基二氧噻吩。后者攜帶的長鏈烷氧基賦予該共軛聚合物在低沸點

6、溶劑中良好的溶解性。該材料的色彩可以在紫色和透明之間變換，具有制備方法簡便、對比度高、驅(qū)動電壓低、響應(yīng)時間快、循環(huán)壽命長等特點。并且我們以該材料為工作電極，以鈦摻雜的V2O5薄膜為對電極組裝了電致變色器件。
　　第三部分的工作中，我們設(shè)計并合成了一系列基于帶有不同取代基的三苯胺和長鏈烷氧基取代的丙撐基二氧噻吩的D-π-A型聚噻吩類電致變色聚合物P1、P2、P3和P4。四種聚合物在低沸點有機溶劑中均具有良好的溶解性。我們通過研究發(fā)現(xiàn)

7、，不同吸電子性的側(cè)基對其光吸收性能、熒光性能、電子能級以及電致變色性能均具有規(guī)律性的影響。四種聚合物色彩各異，氧化電壓較低，在890nm左右均顯示出較大的透過率差。其中，P3和P4的四氫呋喃溶液無熒光，而薄膜卻有強熒光，表現(xiàn)出強烈的聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)(AIE)。
　　第四部分的工作中，我們在前一部分工作的基礎(chǔ)上，采用長鏈烷氧基取代的噻吩衍生物3,4-（2',2'-二（2"-氧代-4"-乙基）辛烷））丙撐基二氧噻吩以及典型的AIE小分