含3,4-丙撑二氧噻吩或咔唑单元的共轭聚合物的化学合成及电致变色研究

发布时间：2018-06-11 18:46

本文选题：电致变色 + D-A型聚合物　；参考：《聊城大学》2017年硕士论文

【摘要】：导电聚合物的历史由来已久,近年来人们广泛研究了将导电聚合物应用于电致变色领域,并取得了很大的进展,利用导电聚合物制备的电致变色材料具有优良的性能,而且可以很方便的实现禁带控制与结构修饰,造价低,无污染。最早的电致变色材料是由过渡金属的氧化物制成的,导电原理是电子和离子在聚合物内部的运动,使聚合物的价态或晶体结构发生变化,导致颜色的变化,无机场效应晶体管就是利用这种材料制成的。目前研究最为广泛的是基于有机导电聚合物的电致变色材料,这类材料是通过掺杂和去掺杂作用来实现聚合物光学性能的改变,从而实现变色功能的,聚合物电致变色材料已经成功地应用于发光二极管,太阳能电池,智能窗,传感器,光学显示器等领域,所以我们的实验目标是设计并且合成具有优秀光电性质的有机导电聚合物电致变色材料。在第二章中,我们利用合成的丙烯基二氧噻吩单体作为电子供体,异靛蓝单体作为电子受体,通过Stille偶联反应成功的合成了三种D-A型聚合物P1、P2、P3,并采用多种化学分析手段对其结构和性能进行测试和表征。研究发现:P1在中性态时的薄膜颜色是军蓝色的,P2、P3在中性态时的薄膜颜色黑色的,而在氧化态时它们的薄膜颜色都是透明的灰色。P1、P2、P3的起始氧化电位分别是0.70 V、0.65 V、0.57 V,而计算得到的光学禁带分别是1.39 eV、1.37 eV、1.27 eV,低的光学禁带正是我们想要得到的,可见随着组成聚合物的供电子单元和受电子单元比例的变化,聚合物的性质也同样发生一定趋势的变化。除此之外,P1在1600 nm处的响应时间0.45s,着色效率是162.49 cm~2·C~(-)、P2在1500 nm处的响应时间是0.38 s,着色效率是181.73cm~2·C~(-),P3在1330 nm处的响应时间是0.77 s,着色效率是96.88 cm~2·C~(-),都显示了很好的电致变色性质。在第三章中,我们利用对称引达省并二噻吩单体和丙烯基二氧噻吩单体作为供电子体,吡咯并吡咯二酮单体作为受电子体,通过Stille偶联反应成功的合成了三种D-A型聚合物PDDID-1、PDDID-2、PDDID-3。对其进行一系列的性质表征后得到PDDID-1在中性态时的薄膜颜色是苍紫罗兰色,在氧化态时是浅棕色的,PDDID-2在中性态时的薄膜颜色是玫瑰棕色,在氧化态时是透明的灰色,PDDID-3在中性态时的薄膜颜色是墨绿色,而在氧化态时是透明灰色。PDDID-1、PDDID-2、PDDID-3的起始氧化电位分别是0.72 V、0.73 V、0.75 V,光学禁带分别是1.44 eV、1.46 eV、1.48eV,PDDID-1在1550nm处的响应时间0.78 s,着色效率是210.76 cm~2·C~(-),PDDID-2在1500 nm处的响应时间是0.60 s,着色效率是283.45 cm~2·C~(-),PDDID-3在1500 nm处的响应时间是1.50 s,着色效率是304.58 cm~2·C~(-),都具有良好的电致变色性质。在第四章中,我们采用了不同比例的吡咯并吡咯二酮(DPP)作为受体单元,丙烯基二氧噻吩(ProDOT)和苯并二噻吩(BDT)作为供体单元合成了两种新型的导电聚合物PDDBD-1、PDDBD-2采用一系列方法对其进行性能表征后得到它们具有优良的性能,PDDBD-1在中性态时的颜色是浅紫色,在完全氧化态时的颜色是浅绿色,PDDBD-2在中性态时的颜色是绿色,在完全氧化态时是浅棕色,显示出了明显的颜色变化,PDDBD-1、PDDBD-2的起始氧化电位分别是0.89 V、0.93 V,光学禁带分别是1.39 eV、1.51 eV、PDDBD-1在1600 nm处的响应时间2.98 s,着色效率是146.55cm~2·C~(-),PDDID-2在1620 nm处的响应时间是3.07 s,着色效率是229.73 cm~2·C~(-)。在第五章中,我们合成了一种咔唑并吲哚单体,并采用咔唑并吲哚单体和联二噻吩单体作为电子供体,吡咯并吡咯二酮单体作为电子受体,同样利用Stille偶联反应成功的合成了两种D-A型聚合物PDTCZ-1、PDTCZ-2,对其进行了一系列的性质表征后得到:PDTCZ-1在中性态时的薄膜颜色是海洋绿色,在氧化态时是适中的碧绿色,PDTCZ-2在中性态时的薄膜颜色是森林绿色,在氧化态时是浅秋麒麟黄色。PDTCZ-1、PDTCZ-2的起始氧化电位分别是0.78 V、0.70 V,光学禁带分别是1.44 eV、1.34 eV,PDTCZ-1在1530 nm处的响应时间0.65 s,着色效率是197.86 cm~2·C~(-),DPTCZ-2在1630 nm处的响应时间2.87 s,着色效率是84.77 cm~2·C~(-)。
[Abstract]:Electrochromic materials based on organic conductive polymers have been successfully applied to light - emitting diodes , solar cells , intelligent windows , sensors , optical displays and so on . The response time of PDDID - 1 , PDDID - 2 and PDDID - 3 at 1500 nm is 0.77s , and the coloring efficiency is 96.88 cm ~ 2 路 C ~ ( - ) . The response time of PDDID - 1 , PDDID - 2 and PDDID - 3 is 0.76cm ~ 2 路 C ~ ( - ) . The response time of PDDID - 2 at 1500 nm is 0.60s , and the coloring efficiency is 283.45 cm ~ 2.C ~ ( - ) . In the fourth chapter , we synthesized two novel conductive polymers PDdbd - 1 and PDTCZ - 2 . The color of PDTCZ - 1 in neutral state was 2.98 s , the color efficiency was 146.55cm ~ 2 路 C ~ ( - ) . In the fifth chapter , we synthesized two kinds of D - A polymer PDTCZ - 1 and PDTCZ - 2 . 1 . 34 eV , the response time of PDTCZ - 1 at 1530 nm is 0.65 s , the coloring efficiency is 197.86 cm ~ 2 路 C ~ ( - ) , the response time of DPTCZ - 2 at 1630 nm is 2.87 s , and the coloring efficiency is 84.77 cm ~ 2 路 C ~ ( - ) .
【学位授予单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O633.5

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