基于有机共轭材料电致变色器件的制备及其性能

发布时间：2017-09-13 23:53

  本文关键词：基于有机共轭材料电致变色器件的制备及其性能

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【摘要】：作为功能性有机共轭材料,齐聚噻吩及其衍生物具有良好的环境稳定性和优异的光、电性能,可作为电致变色活性材料而用于电致变色器件的制备。电致变色器件在灵巧智能窗、防眩目后视镜、信息显示器件等领域有着广阔的应用前景。为了发展新型齐聚噻吩衍生物,拓展其在电致变色领域的应用,本文通过Suzuki交叉偶联反应合成了星形齐聚噻吩衍生物三(4-(2’-噻吩)苯)胺(3TPA),并用质谱、核磁共振和红外光谱对其进行了结构上的确认和表征;将真空蒸镀法和电化学聚合法相结合,制备了有机/无机复合电致变色材料(WO3/P3TPA);利用阳极氧化电化学聚合法制备了有机共聚物电致变色材料P(EDOT-co-3TPA),各材料结构如下图所示。以3TPA、WO3/P3TPA和P(EDOT-co-3TPA)分别作为电致变色活性材料,制备了液态电致变色器件,器件结构为:ITO/电致变色活性层/电解质溶液/金属Pt;研究了P3TPA、WO3/P3TPA和P(EDOT-co-3TPA)的电致变色性能,并对其电致变色机理进行了初步研究。研究结果表明:1)3TPA本身不具备可逆的电致变色现象,能够进行循环可逆电致变色的是其聚合物P3TPA;当电压在正负间交替转换时,P3TPA能够在深蓝色和橘黄色之间发生可逆的颜色变化,其着色和褪色响应时间分别达到0.51s和1.06s;2)当电压在正负间交替转换时,WO3/P3TPA层状复合材料能够在深蓝色和黄色之间发生可逆的颜色变化;与WO3相比,WO3/P3TPA层状复合材料具有更快的着色和褪色响应速度,更好的开路记忆能力,更高的着色效率。3)P(EDOT-co-3TPA)共聚材料能够发生可逆的电致变色现象,颜色变换的数量随着单体投料比的不同而改变;将EDOT与3TPA进行电化学共聚,能够明显改善EDOT聚合时的成膜性;P(EDOT-co-3TPA)共聚材料相对于PEDOT,其着色和褪色响应速度均有不同程度加快;制备P(EDOT-co-3TPA)共聚物能有效提高均聚物P3TPA的循环寿命。
【关键词】：电活性材料 电致变色器件 电致变色性能 响应时间 着色效率
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 引言11
• 1.1 电致变色概述11-13
• 1.1.1 电致变色的定义11
• 1.1.2 电致变色材料的分类11-12
• 1.1.3 电致变色器件的结构12-13
• 1.2 电致变色的机理13-14
• 1.2.1 无机电致变色材料变色机理13
• 1.2.2 有机电致变色材料变色机理13-14
• 1.3 噻吩及其衍生物应用于电致变色器件的研究进展14-17
• 1.4 有机/无机复合电致变色材料概述及其研究进展17-18
• 1.5 电致变色器件的应用18-19
• 1.5.1 电致变色智能窗18-19
• 1.5.2 电致变色显示器19
• 1.5.3 防眩目后视镜19
• 1.6 目前电致变色材料存在的主要问题和解决方案19-20
• 1.7 本课题的研究意义和研究内容20-22
• 第二章 三(4-(2′-噻吩)苯)胺(3TPA)的合成及电致变色性能22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-28
• 2.2.1 实验试剂及仪器22-24
• 2.2.1.1 实验试剂22-23
• 2.2.1.2 实验仪器23-24
• 2.2.2 三(4-(2′-噻吩)苯)胺（3TPA）的合成及其表征24-25
• 2.2.2.1 3TPA的合成24
• 2.2.2.2 3TPA的表征24-25
• 2.2.3 液态电致变色器件的制备25-26
• 2.2.4 光电性能和电致变色性能测试方法26-28
• 2.2.4.1 紫外吸收及摩尔吸光系数测试26
• 2.2.4.2 电化学性能测试26
• 2.2.4.3 响应时间（Switching time，s）测试26-27
• 2.2.4.4 光学对比度（Electrochromic Contract，， ΔT）测试27
• 2.2.4.5 开路记忆能力（Open circuit memory ability）测试27
• 2.2.4.6 着色效率（Coloration efficiency，cm~2/C）的测试27-28
• 2.2.4.7 循环寿命（Cycle life）的测试28
• 2.3 结果与讨论28-37
• 2.3.1 3TPA的紫外-可见光吸收光谱和电化学性能28-29
• 2.3.2 3TPA的电致变色现象及其电致变色机理29-32
• 2.3.2.1 3TPA的电致变色现象讨论29-31
• 2.3.2.2 3TPA的电致变色机理31-32
• 2.3.3 电化学聚合制备P3TPA及其电化学性能和电致变色性能32-37
• 2.3.3.1 3TPA电化学聚合制备P3TPA32-33
• 2.3.3.2 P3TPA的电化学性能33-34
• 2.3.3.3 P3TPA的着色和褪色响应时间34-35
• 2.3.3.4 P3TPA的光学对比度及开路记忆能力35
• 2.3.3.5 P3TPA的着色效率35-37
• 2.3.3.6 P3TPA的循环寿命37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 WO_3/P3TPA层状复合材料的制备及电致变色性能39-48
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40-42
• 3.2.1 实验试剂及仪器40
• 3.2.1.1 实验试剂40
• 3.2.1.2 实验仪器40
• 3.2.2 WO_3/P3TPA层状复合材料的制备40-41
• 3.2.3 WO_3/P3TPA复合材料液态电致变色器件的制备41-42
• 3.3 结果与讨论42-47
• 3.3.1 WO_3/P3TPA层状复合材料的电化学性能及其颜色转换42
• 3.3.2 WO_3/P3TPA层状复合材料的着色和褪色响应时间42-44
• 3.3.3 WO_3/P3TPA层状复合材料的光学对比度及其开路记忆能力44-45
• 3.3.4 WO_3/P3TPA层状复合材料的着色效率45-46
• 3.3.5 WO_3/P3TPA层状复合材料循环寿命及其稳定性46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于 3,4-乙撑二氧噻吩和 3TPA共聚物的制备及电致变色性能48-67
• 4.1 引言48-49
• 4.2 实验部分49-51
• 4.2.1 实验试剂及仪器49-50
• 4.2.1.1 实验试剂49-50
• 4.2.1.2 实验仪器50
• 4.2.2 P(EDOT-co-3TPA)共聚物的制备50-51
• 4.3 结果与讨论51-65
• 4.3.1 P(EDOT-co-3TPA)共聚物的电化学性能及其颜色转换51-58
• 4.3.2 P(EDOT-co-3TPA)共聚物的着色和褪色响应时间58-60
• 4.3.3 P(EDOT-co-3TPA)共聚物的光学对比度60-62
• 4.3.4 P(EDOT-co-3TPA)共聚物的着色效率62-63
• 4.3.5 P(EDOT-co-3TPA)共聚物的循环寿命63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• 答辩委员会对论文的评定意见76

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