【摘要】：共軛導(dǎo)電聚合物自從被發(fā)現(xiàn)以來就因其具有優(yōu)異的加工性、多種顏色變化、優(yōu)異的光學(xué)屬性、響應(yīng)時間迅速、帶隙可控等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注且廣泛應(yīng)用于智能窗、顯示器、傳感器、軍用偽裝設(shè)備、場效應(yīng)晶體管、汽車防炫目后視鏡等多種領(lǐng)域。迄今為止,具有各種各樣結(jié)構(gòu)的共軛導(dǎo)電聚合物已經(jīng)被研究人員廣泛報道,但是它們的性質(zhì)卻不盡相同,為了更好地探究導(dǎo)電聚合物,我們利用了結(jié)構(gòu)新穎的單體合成了一系列的聚合物。眾所周知,帶隙是評價電致變色材料性質(zhì)不可或缺的參數(shù),具備低帶隙的聚合物由于在基態(tài)的本征導(dǎo)體或半導(dǎo)體性質(zhì),很有可能成為良好的導(dǎo)電材料。我們總結(jié)發(fā)現(xiàn)降低聚合物帶隙最常用最有效的就是供-受體(D-A)方法,因?yàn)镈-A型共軛聚合物中富電子和缺電子基團(tuán)交替存在于聚合物主鏈上,這樣電子在分子內(nèi)可以發(fā)生有效的轉(zhuǎn)移,π電子的離域性就得以增強(qiáng),用這種辦法獲得的低帶隙聚合物具有優(yōu)異的光學(xué)和電化學(xué)特性。在本課題第二至第四章的研究中,我們首先合成出了四溴喹喔啉并菲蒽吩嗪和3,4-丙烯基二氧噻吩分別作為主要的受體和供體單元。通過改變供受體的比例和化學(xué)聚合的方法,在第二章中以噻吩、四溴喹喔啉并菲蒽吩嗪和3,4-丙烯基二氧噻吩合成出了聚合物PTPE-1、PTP3-2、PTPE-3;在第三章中通過引達(dá)省并二噻吩、四溴喹喔啉并菲蒽吩嗪和3,4-丙烯基二氧噻吩合成出了聚合物PIPE-1、PIPE-2、PIPE-3;在第四章中以苯并二噻吩、四溴喹喔啉并菲蒽吩嗪和3,4-丙烯基二氧噻吩合成出了聚合物PBPE-1、PBPE-2、PBPE-3。對這些聚合物進(jìn)行了詳細(xì)的測試表征以研究其電致變色性能,研究結(jié)果表明通過調(diào)節(jié)供受體的比例可以調(diào)控聚合物的性質(zhì)并且聚合物都具有高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和兩種以上的顏色變化。其中PTPE-1～PTPE-3的光學(xué)帶隙均小于1.85 eV,并且PTPE-3的光學(xué)對比度和動力學(xué)穩(wěn)定性表現(xiàn)的尤為出色;PIPE-1和PIPE-2在可見光區(qū)和近紅外區(qū)的光學(xué)對比度分別高于40%和60%,并且PIPE-2在近紅外區(qū)的響應(yīng)時間僅為0.35 s;PBPE-1～PBPE-3的光學(xué)帶隙分別為1.98 eV、2.01 eV、2.03 eV,PBPE-3在504 nm和1500 nm處的著色效率分別高達(dá)513 cm~2·C~(-1)和475cm~2·C~(-1)。在第五章中以苯二硼酸頻那醇酯、溴化丁基三苯胺和3,4-丙烯基二氧噻吩合成出了中性態(tài)呈黃綠色的聚合物PBBE-2、PBBE-2、PBBE-3。PBBE-1在365 nm處的響應(yīng)時間為0.57 s,PBBE-2在435 nm和1200 nm的響應(yīng)時間僅為0.32 s和0.30 s,PBBE-3在1550 nm處的光學(xué)對比度高達(dá)89.30%,如此迅速的響應(yīng)時間和高的著色效率無疑將成為電致變色領(lǐng)域優(yōu)秀的候選者。
【學(xué)位授予單位】：聊城大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ317
【圖文】：

中性態(tài) 極化子態(tài) 雙極化子態(tài)圖 1-2 導(dǎo)電聚合物在不同狀態(tài)下的能級結(jié)構(gòu)通常來說，能隙低于 1.8 eV 的材料我們稱之為低帶隙材料，這種低帶隙材料備受科研人員的關(guān)注和廣泛研究，因此開發(fā)出了多種降低材料能隙的方法:一，鍵長交替方法；二，創(chuàng)建高度的平面系統(tǒng)，例如增加聚合物主鏈的醌式特性，通過鏈間效應(yīng)誘導(dǎo)順序，沿聚合物主鏈產(chǎn)生誘導(dǎo)效應(yīng)；三，通過合成含有噻吩及其衍生物的稠環(huán)體系，也可以獲得低能隙的聚合物；四，最常用最有效的方法就是供-受體（D-A）方法[18-21]。1.3 D-A 理論D-A 型共軛聚合物中富電子和缺電子基團(tuán)交替存在于聚合物主鏈上，使得電子可以有效的發(fā)生分子內(nèi)轉(zhuǎn)移，從而增強(qiáng) π 電子的離域性來獲得低帶隙聚合物，并且使之具備優(yōu)異的電化學(xué)特性和光學(xué)性質(zhì)[19, 20, 22, 23]。

聊城大學(xué)碩士學(xué)位論文電致變色材料和有機(jī)電致變色材料，目前無機(jī)電致變色器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有機(jī)電致變色材料中的導(dǎo)電聚合物電致變色材料正在備受關(guān)注和研究[20, 27, 28, 48]。該物質(zhì)因具有價格低廉[49]、光學(xué)質(zhì)量高[50]、顏色轉(zhuǎn)換快[51]、循環(huán)可逆性好、多種顏色變化[5而受到重視，目前主要應(yīng)用于智能玻璃、顯示器、防炫目后視鏡、場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域[53-57]。電子在外加電壓的作用下從價帶躍遷到導(dǎo)帶的過程會產(chǎn)生光吸收，隨之呈現(xiàn)出的顏色與吸收波長恰好相反；另外，聚合物鏈中電子和離子的遷入（摻雜過程）與遷出（去摻雜過程）的可逆過程會改變 Eg的大小，進(jìn)而吸收波長被改變，最終表現(xiàn)為顏色發(fā)生了變化[58, 59]。根據(jù)摻雜濃度的不同，部分共軛聚合物可以在多種顏色間進(jìn)行切換；大多數(shù)的導(dǎo)電聚合物變色是由于 p 型摻雜導(dǎo)致的，也就是在中性態(tài)和氧化態(tài)之間互相轉(zhuǎn)換。另外，根據(jù)取代基的不同也會影響聚合物的顏色變化，如圖 1-5 所示。

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