噻吩类高性能电致变色聚合物的设计合成、性能及器件图案化

发布时间：2020-08-03 08:35

【摘要】：功能有机高分子材料是有机电致变色材料的主力军,在掺杂-去掺杂过程中,聚合物往往伴随着颜色的可逆变化。实际应用中还具有驱动电压低、颜色丰富、转换速度快、光学对比度高、成本低廉、可加工性好等众多优点,因此功能化高分子材料在电致变色领域快速发展。多元杂环化合物由于其容易发生电化学聚合,而且能够经历氧化还原过程,从而在导电聚合物中占据重要地位,尤其聚噻吩表现出突出的性质。噻吩衍生物的聚合物和低聚物通过电化学掺杂和去掺杂已经经历了深入的研究,并且有充分证据表明,噻吩低聚物通常具有较低的氧化电位,每个杂环都会参加共轭链的掺杂和去掺杂过程。由于电致变色器件优良的颜色显示和光学存储特性,电致变色材料已经在低能耗显示、电子纸等领域展现出商业化前景,甚至用于可穿戴电子设备的更新与功能集成化。近几年,柔性电子设备已成为电子产品中增长最快速的类别之一,研究人员正致力于开发柔性智能电子设备,使其舒适感更强、适用范围更广,目前电致变色器件已经用作柔性显示器及部分可穿戴电子设备的重要功能组件。1、通过Stille偶联反应,用吡啶并[4,3-b]吡嗪/甲基吡嗪作为受体,3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)作为供体,合成了新型电致变色前驱体,5,8-二(3,4-乙撑二氧噻吩)吡啶并[3,4-b]吡嗪(EPPE)、5,8-二(3,4-乙撑二氧噻吩)吡啶并[3,4-b]甲基吡嗪(EPMPE)。通过电化学沉积的方法,得到了二种单体的聚合物,并用电化学循环伏安法、紫外光谱、傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜分别对单体和聚合物进行详细的表征和分析。2、设计并合成BisEDOT作为供体单元,吡啶并[3,4-b]吡嗪和吡啶并[3,4-b]甲基吡嗪作为具有强吸电子基团的受体单元。通过Stille偶联反应生成具有长共轭链的聚合物前驱体。采用电化学沉积的方法,得到了两种聚合物吡啶并[3,4-b]吡嗪-BisEDOT(PBEPPBE)和吡啶并[3,4-b]甲基吡嗪-BisEDOT(PBEPMPBE),增长共轭链后单体在溶剂里的溶解度降低,使得电化学聚合的过程更加艰难,但是聚合物的颜色变化显示出比较少见的灰黑色,更加适合用于电致变色器件。3、设计合成新型电致变色材料3-(4-氟苯基)噻吩(FPT),其合成简单,容易电聚合成膜。通过电化学方法制备的PFPT薄膜在不同氧化还原状态下,可以从红色变为浅绿色,拥有高着色效率和高透过率。PFPT薄膜表现出优异的氧化还原稳定性,电致变色动力学稳定性和优异的光学记忆性。PFPT薄膜的这些优点有望用于新一代光电材料的设计,并且可以在电化学传感器和有机电子器件中找到应用。此外,PFPT材料可进一步应用于高性能的电致变色聚合物。4、展示一种新型聚(3-(4-氟苯基)噻吩)(PFPT)电致变色应用,具有出色的光学性能和机械性能。基于PFPT的电致变色器件显示出明显的颜色变化,在可见光区域从中性状态的深红色到的氧化状态的浅绿色,同时在电活性,光学对比度,开路光学记忆效应和光学稳定性方面表现出优异的电致变色性质。我们成功组装了具有优良的机械柔韧性和稳定性的柔性图案化电致变色器件,并将其应用于集成电致变色的图案化矩阵排列、体表的电子纹身和近红外区域的红外阻断智能窗。
【学位授予单位】：江西科技师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN60;TQ317
【图文】：

三苯胺,电致变色材料,有机小分子材料

第 1 章绪论与无机电致变色材料相比，有机电致变色制备方法简单，生产成本低，原泛，色彩多样，性能优异，成为现在研究的热点。根据分子量的大小，有机电致变色材料可分为两类：有机小分子材料和聚电致变色材料。其中，有机小分子电致变色材料主要以三苯胺，紫罗精等表，其分子结构如图 1-2 所示[1,54,55]。1973 年，C.J.Schoo 教授等人发现，紫化合物是一系列基于联吡啶的官能团修饰的化合物。其结构示意图如图 1-2）所示，这类化合物可以不仅实现电极的颜色变化还包括溶液体系的颜色变经首次披露后，将有机化合物引入电致变色领域，由此打开了有机电致变料的新启元。后来，研究人员发现一大批相关的新型有机小分子材料，联，紫罗精，吲哚，四硫富瓦烯，吡唑啉及其衍生物[56-59]。

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图 1-4 经典的电致变色器件结构示意图Figure 1-4 Schematic diagram of classical electrochromic device structure通常，常见的电致变色器件结构（图 1-5）包括：导电基底、电致变色电解质层（离子导电）、离子存储等结构。导电基底是用来沉积电致变且提供导电性，电致变色活性层是器件的主要变色部分，电解质层提子的传输路径，离子存储层用来平衡器件内部的电荷[162,163]。.2 电致变色的应用电致变色因为其实用性强，在很多领域都有广泛的研究和应用。很多队都做了深入的调查和研究，而且都取得了比较可观的成果。最早时以 S.K.Deb[164,165]为代表，他们以 WO3无机材料为电致变色材料，发现电压的条件下颜色由无色转变为蓝色，业界公认的他们开创了电致变新纪元[166,167]。人们发现了过渡金属氧化物在电致变色领域的实际应用探讨了大量有关无机电致变色材料种类和变色机理[168]。在这之后 Schoo 团队惊奇地发现紫罗精类物质也有优良的变色性能，

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第 2 章实验方法合及性能测试测试和聚合均在一室电解池中使用 Model 263ceton Applied Research）在计算机控制下进行。对极都是 0.5 mm 直径的 Pt 线。为了获得足够量的玻璃（3cm×2cm）作为工作电极，用铂片（3c砂纸仔细抛光 Pt 片，将导电玻璃浸入乙醇和丙，并在使用前在空气中干燥。使用 Ag/AgCl 电溶液中，使其在不同的实验条件下显示出足够ol L-1单体的无水 BFEE 或 CH2Cl2-Bu4NPF6(0.1气流（10 分钟）脱气，并在整个电化学测试中影响。将 PFPT 薄膜电化学沉积在 Pt 电极或 I或乙腈反复洗涤以除去电解质和单体后进行电制备及性能表征

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