导电聚合物PEDOI的电合成及其电致变色性能

发布时间：2017-04-28 21:15

  本文关键词：导电聚合物PEDOI的电合成及其电致变色性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚吲哚及其衍生物是一类极为重要的电致变色材料,它具有颜色变化明显、响应时间快、着色效率高、制作成本低廉、易设计加工等优良性能,因而成为了电致变色研究领域的工作重点之一。4,5-二氧乙撑吲哚(EDOI)是一种新型吲哚类衍生物,电化学聚合法是制备PEDOI的主要研究方法之一。本文主要研究了EDOI在不同溶剂中的电化学聚合,制备了PEDOI以及导电石墨烯/聚(4,5-二氧乙撑吲哚)复合材料(ERGO/PEDOI),并对PEDOI以及ERGO/PEDOI进行了表征,研究了其电致变色性能以及在电致变色器件中的应用。1.在三氟化硼乙醚(BFEE)溶剂中,采用电化学聚合法直接电化学氧化EDOI,制备了高性能的具有自支撑性质的聚合物薄膜—PEDOI。在该溶液中得到的聚合物薄膜具有良好的电化学活性、电化学稳定性以及热力学稳定性,电导率为0.21 S cm-1。利用傅里叶变化红外光谱分析法探讨了该聚合物发生聚合反应时可能的聚合位点,此外还对聚合物的荧光性能、表面形貌进行了研究。固体荧光光谱测试表明,PEDOI不同于其他吲哚类衍生物,它是一种性能优异的黄色发光材料。2.光谱电化学研究表明,在三氟化硼乙醚中制备的PEDOI可随电压的变化在棕黄色和翠绿色之间进行变换。动力学研究表明,PEDOI的着色效率为126 cm2C-1,高于其他吲哚类衍生物。基于PEDOI和聚(3,4-二氧乙撑噻吩)(PEDOT),构建了电致变色器件(ECD)。研究显示,该器件能够在深绿色和深蓝色之间变化,并且具有较高的着色效率(586 cm2 C-1),快的响应时间(1.9 s at 1320 nm)、高的光对比度(35%at 616 nm)、优良的开路记忆效应和环境稳定性。3.在四氟化硼四丁基铵(TBATFB)作为电解质的二氯甲烷(CH2Cl2)溶液中,采用电化学聚合的方法将EDOI成功聚合在了石墨烯修饰的玻碳电极的表面,制备了一种具有纳米结构的ERGO/PEDOI复合材料。运用循环伏安法对该复合材料进行表征,发现该复合材料与PEDOI相比,具有更低的氧化电位、更高的峰电流密度和更好的导电性。利用扫描电镜表征形貌,发现电化学还原的石墨烯表面有轻微褶皱,呈片层结构,而复合材料则呈现出由完整纤维构成的纳米结构。4.ERGO/PEDOI复合材料的光谱电化学实验表明,该复合物能够随电压变化在黄色(-0.2 V)和草绿色(1.0 V)之间变化。动力学研究表明,ERGO/PEDOI复合物在590 nm波长下的光对比度为34%,从还原态到氧化态的响应时间为0.7 s,从氧化态到还原态的响应时间为1.0 s。利用其制作的ERGO/PEDOI/PEDOI器件能够在浅绿色(-0.3 V)和湖蓝色(1.3 V)之间变化,光对比度为41%,着色效率为604 cm2 C-1。这些优良的性能极大地拓展了石墨烯/导电聚合物复合材料在电致变色器件领域的应用。
【关键词】：导电聚合物 4 5-二氧乙撑吲哚 电化学聚合 电致变色 石墨烯
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O633.5;TB332
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 前言10-42
• 1.1 导电聚合物10-15
• 1.1.1 导电聚合物的研究进展10-11
• 1.1.2 导电聚合物的制备方法11-13
• 1.1.3 吲哚类导电聚合物的研究13-15
• 1.2 石墨烯/导电聚合物复合材料15-18
• 1.2.1 石墨烯的结构与性质15
• 1.2.2 石墨烯的制备方法15-16
• 1.2.3 石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法16-18
• 1.2.3.1 分步合成法16-17
• 1.2.3.2 一步合成法17-18
• 1.3 聚合物的电致变色性能18-30
• 1.3.1 电致变色的定义及发展历程18
• 1.3.2 电致变色材料的分类18-23
• 1.3.2.1 有机电致变色材料18-20
• 1.3.2.2 无机电致变色材料20-22
• 1.3.2.3 复合电致变色材料22-23
• 1.3.3 电致变色器件的结构及原理23-24
• 1.3.4 电致变色性能的表征参数24-26
• 1.3.4.1 颜色和光对比度24-25
• 1.3.4.2 着色效率25
• 1.3.4.3 响应时间25-26
• 1.3.4.4 光学记忆26
• 1.3.4.5 循环寿命26
• 1.3.5 电致变色材料的应用26-30
• 1.3.5.1 灵巧调光玻璃27
• 1.3.5.2 电致变色数码显示器27-28
• 1.3.5.3 太阳镜与护目镜28-29
• 1.3.5.4 传感器与分析领域29
• 1.3.5.5 电致变色织物与电子纸29-30
• 1.4 论文工作的提出和主要内容30-32
• 参考文献32-42
• 第二章 实验方法42-49
• 2.1 试剂与仪器42-43
• 2.1.1 主要试剂42
• 2.1.2 实验仪器42-43
• 2.2 PEDOI膜的制备43-44
• 2.2.1 电化学聚合43
• 2.2.2 电解质溶液43-44
• 2.2.3 聚合物膜的去掺杂44
• 2.3 ERGO/PEDOI膜的制备44
• 2.3.1 电化学还原的石墨烯修饰电极的制备44
• 2.3.2 ERGO/PEDOI膜的电化学聚合44
• 2.4 凝胶电解质的制备44-45
• 2.5 电致变色器件的制备45
• 2.6 聚合物膜及器件的性能测试与表征45-48
• 2.6.1 电化学性能测试45-46
• 2.6.2 电致变色性能测试46-48
• 2.6.2.1 颜色记录46
• 2.6.2.2 光谱电化学性能测试46
• 2.6.2.3 电致变色动力学测试46
• 2.6.2.4 着色效率46-48
• 参考文献48-49
• 第三章 三氟化硼乙醚中PEDOI的电化学合成及其电致变色性能49-75
• 3.1 EDOI的电化学聚合51-53
• 3.2 PEDOI膜的电化学性质53-55
• 3.3 PEDOI的结构表征55-56
• 3.4 PEDOI的荧光性能56-57
• 3.5 PEDOI的热学性能57-58
• 3.6 PEDOI的表面形态和电导率58
• 3.7 PEDOI的光谱电化学58-61
• 3.8 PEDOI的动力学61-63
• 3.9 PEDOI/PEDOT器件的光谱电化学63-65
• 3.10 PEDOI/PEDOT器件的动力学65-67
• 3.11 PEDOI/PEDOT器件的开路记忆67
• 3.12 PEDOI/PEDOT器件的稳定性67-68
• 3.13 本章小结68-69
• 参考文献69-75
• 第四章 ERGO/ PEDOI复合材料的电化学合成及其电致变色性能75-92
• 4.1 ERGO/ PEDOI复合材料的SEM表征76-77
• 4.2 ERGO/ PEDOI复合材料的电化学聚合77-79
• 4.3 ERGO/ PEDOI复合材料的电化学性能表征79-81
• 4.4 ERGO/ PEDOI复合材料的光谱电化学性能81-82
• 4.5 ERGO/PEDOI复合材料的动力学研究82-84
• 4.6 ERGO/PEDOI/PEDOT器件的光谱电化学84-85
• 4.7 ERGO/PEDOI/PEDOT器件的动力学研究85-86
• 4.8 ERGO/PEDOI/PEDOT器件的开路记忆86-87
• 4.9 ERGO/PEDOI/PEDOT器件的稳定性87-88
• 4.10本章小结88-89
• 参考文献89-92
• 结论92-94
• 附录94-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士学位期间已发表或待发的学术论文目录98-99

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