咔唑類導(dǎo)電聚合物的合成、表征及其電致變色性能研究.pdf

1、導(dǎo)電聚合物因其獨特的光電性能而成為非常具有發(fā)展前景的材料。其中咔唑類導(dǎo)電聚合物以其容易形成穩(wěn)定的極子,擁有高電荷遷移率,電致變色特性和光化學(xué)穩(wěn)定性等各種有利的特性不斷吸引著人們的研究熱情。它在電致變色器件,空穴傳輸層,靜電復(fù)印,微腔光導(dǎo),以及光伏元件等方面具有廣泛的應(yīng)用。咔唑類聚合物作為非常重要的電致變色聚合物,具有突出的導(dǎo)電性和好的氧化還原性,在可見近紅外區(qū)具有高的光學(xué)對比度和快的響應(yīng)時間。更重要的是咔唑類化合物易于在其剛性的咔唑環(huán)上

2、引入多種功能基,從而改變導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu),得到具有不同電致變色特性的聚合物。
　　本論文先對單體分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計合成,然后通過電化學(xué)方法進(jìn)行聚合,得到具有獨特性質(zhì)的咔唑類新型電致變色材料。對電致變色材料進(jìn)行表征和研究其在電致變色器件方面的應(yīng)用。
　　1.通過Ullmann反應(yīng)成功的合成了包含苯與咔唑單元的1,3-二(9-H咔唑)(BCB)單體,并對該單體進(jìn)行電化學(xué)聚合得到一種中性態(tài)無色的聚合物聚1,3-二(9-H咔唑)(PB

3、CB)。對聚合物的表征可知PBCB具有快的響應(yīng)時間,高的光學(xué)對比度(60.98％)和合理的透明度,聚合物膜的顏色由透明的無色到黃綠色最后到綠色。用PBCB和PEDOT制作了三明治型電致變色器件,該器件具有高的光學(xué)對比度和快的響應(yīng)時間。此外,該器件的中性態(tài)顯示透明的藍(lán)色,具有好的光學(xué)記憶穩(wěn)定性和氧化還原穩(wěn)定性。
　　2.一種具有給供電子基團(tuán)的D-A型單體4,7-二(9-H咔唑)苯并噻二唑(CBTD)通過Ullmann反應(yīng)進(jìn)行合成。得

4、到的聚合物以其特殊結(jié)構(gòu)成功的對咔唑的光電性能進(jìn)行了調(diào)節(jié)。研究了聚合物的不同摻雜方式(p-型摻雜和n-型摻雜)并計算了它的電化學(xué)禁帶和光學(xué)禁帶。聚合物膜在不同電壓下顯示多色(黃色,黃綠色,綠色,綠藍(lán)色)。聚合物膜在420和800nm處的光學(xué)對比度分別是28.1%和49.9%。由該聚合物制作的器件具有高的光學(xué)對比度,快的響應(yīng)時間和高的著色效率(1728cm2C–1)。
　　3.一種星型單體三(4-(3,4-亞乙烯基二氧噻吩)苯基)胺(

5、TEPA)被成功的合成,電化學(xué)聚合得到一個具有多種顏色變化的聚合物PTEPA(黃綠色,綠色,藍(lán)色,鋼藍(lán)色)。去摻雜的聚合物膜在紫外可見光譜中有兩個吸收帶分別在448和686nm處,且具有低的光學(xué)禁帶(1.3eV)。對光學(xué)對比度和響應(yīng)時間也進(jìn)行了測量。值得關(guān)注的是由該聚合物制作的器件中性態(tài)顯示綠色,并且有快的響應(yīng)時間和好的穩(wěn)定性。
　　4.不同取代位置的兩種單體1,4-二(2-(3,4-亞乙烯基二氧噻吩))萘(M1)和2,6-二(2

6、-(3,4-亞乙烯基二氧噻吩))萘(M2)被合成并進(jìn)行電化學(xué)聚合。所得的聚合物P1和P2用循環(huán)伏安,紫外可見光譜法和掃描電鏡等方法進(jìn)行表征。這兩個聚合物的電致變色性質(zhì)被詳細(xì)的研究,位置取代效應(yīng)也被研究。研究結(jié)果表明取代位點影響修飾聚合物的有效共軛鏈長,這提供了一個有效地調(diào)節(jié)光譜性質(zhì)和提高聚合物的電致變色性質(zhì)。此外,我們還建構(gòu)并表征了對應(yīng)的聚合物與PEDOT組成的的雙層電致變色器件。
　　5.一種新型的基于BTN與BT的共聚物通過電

7、化學(xué)共聚被成功的合成。循環(huán)伏安、紫外-可見光譜、FT-IR光譜分析結(jié)果顯示得到的聚合物是一種共聚物而不是相關(guān)的均聚物的混合物。根據(jù)光譜電化學(xué)分析,共聚物膜有顯著的多重電致變色特性(五種顏色,黃色、淺綠色、綠色、藍(lán)綠色和藍(lán)色)。共聚物膜在750納米處的最大光學(xué)對比度和響應(yīng)時間分別為32.7%和0.59s。電致變色表征方法揭示了與BT共聚能夠增強(qiáng)聚合物的電致變色特性,例如,光學(xué)對比度和響應(yīng)時間。基于P(BTN-co-BT)和PEDOT的雙重