基于咔唑和噻吩基团的电致变色聚合物的制备及性能

作     者：王萍静 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张诚;欧阳密

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：咔唑 噻吩 电致变色 电化学聚合 共聚 

摘      要：作为一种节能环保型材料,电致变色(EC)材料因其在智能窗、显示屏和传感器等方面的潜在应用,引起了人们的广泛研究。其中聚合物基电致变色材料具有种类繁多、颜色可控、着色效率高、易于加工等优点,成为近年研究的热点。咔唑和噻吩类电致变色聚合物是优异的电致变色材料,通过设计合成一系列基于咔唑和噻吩基团的单体有望得到性能优异的电致变色聚合物。本文将D-π-D结构、功能基团和星型结构引入到基于咔唑和噻吩基团的单体分子中,并通过电化学聚合的方法合成了各个单体的均聚物以及它们与EDOT的共聚物,得到具有多色显示性能的电致变色聚合物,并研究了分子结构和聚合物的电致变色性能之间的关联。通过引入苯环将咔唑和噻吩链接,合成出9-(4-(噻吩-3-基)苯基)-9H-咔唑(TBC)的单体,并通过电化学氧化聚合法制备出它的均聚物PTBC及其与EDOT的共聚物P(TBC-EDOT),两者能分别显示两种和五种颜色。P(TBC-EDOT)有较高的对比度(11OOnm处为36.6%)和合理的响应时间(474nm处为1.9 s)。在0 V—1.35 V之间循环扫描300周之后,共聚物膜P(TBC-EDOT)还保持着初始状态91%的电活性,这表明其具有优良的电化学稳定性。在聚合物的侧链中引入功能基团,可以有效的增加聚合物的颜色显示种类,改善电致变色性能。本研究制备了咔唑和噻吩直接相连的单体分子3,6-二噻吩咔唑(BTC)以及被二茂铁(Fc)功能基团修饰的单体分子BTC-H-Fc,并首次成功通过电化学聚合法使含Fc基团的单体直接在ITO玻璃上聚合成膜。PBTC薄膜可以显示2种颜色,而混合了主链颜色和Fc颜色的P(BTC-H-Fc)薄膜可以显示四种颜色。PBTC薄膜在1OOOnm处的对比度和响应时间分别为34.33%和2.8 s。P(BTC-H-Fc)薄膜在1OOOnm处具有更高的对比度(52%)和合理的响应时间(4.1 s)。与PBTC薄膜相比,P(BTC-H-Fc)薄膜较大的对比度是由于具有电化学活性的Fc基团的存在引起的。为了探究聚合物的交联结构对电致变色性能的影响,我们用苯环将两个BTC分子相连,制备得到星型结构的BTCPh,并通过电化学聚合法制备得到了网状的均聚物PBTCPh及其与EDOT的共聚物P(BTCPh-EDOT)。均聚物膜PBTCPh显示出四种颜色,共聚物膜P(BTCPh-EDOT)可显示五种不同的颜色(包含了三原色)。P(BTCPh)薄膜的对比度和响应时间分别为48.9%(11OOnm处)和1.5 s(660nm处),P(BTCPh-EDOT)薄膜的对比度和响应时间则分别为47.2%(11OOnm处)和2.5 s(679nm处)。两种聚合物都有较高的对比度和良好的响应时间,其中,P(BTCPh-EDOT)薄膜能显示三原色,对聚合物电致变色材料的实际应用具有显著意义。