[發(fā)明專利]一種新型聚噻吩分散體系及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310185099.2
• 申請(qǐng)日: 2013-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103304783A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鳴才;張友雄;許凱;于志偉;彭軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科院廣州化學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;C08L65/00;C08K3/16
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉;蘇運(yùn)貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工材料領(lǐng)域，特別涉及一種新型聚噻吩分散體系及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

最近20年，共軛導(dǎo)電高分子由于其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性能，引起了廣大科學(xué)研究者的興趣。這類聚合物材料既擁有傳統(tǒng)聚合物密度低，易加工的優(yōu)點(diǎn)，又具有半導(dǎo)體或金屬材料良好的光電特性，因而成為制備光電器件的理想材料。目前這類聚合物材料在光致變色顯示，超級(jí)電容器，抗靜電涂層以及有機(jī)光伏電池等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用和研究。

導(dǎo)電高分子在上個(gè)世紀(jì)七十年代得以迅速發(fā)展。1974年，日本的化學(xué)家白川英樹(shù)教授小組發(fā)現(xiàn)，聚乙炔薄膜除了表現(xiàn)出良好力學(xué)性質(zhì)以外，還表現(xiàn)出金屬光澤，這一重大發(fā)現(xiàn)，引起了美國(guó)化學(xué)家麥克德?tīng)柮椎陆淌诘淖⒁猓⑴c美國(guó)的物理學(xué)家黑格爾教授合作，經(jīng)過(guò)三年的研究，在1977年，發(fā)現(xiàn)聚乙炔薄膜可以通過(guò)碘進(jìn)行摻雜，導(dǎo)電率可以從絕緣體達(dá)到導(dǎo)體級(jí)別，而且薄膜顏色也隨著摻雜變?yōu)榻瘘S色的金屬光澤。這一發(fā)現(xiàn)，宣告了導(dǎo)電高分子的誕生。導(dǎo)電高分子不僅可以保持聚合物的機(jī)械性能和可加工性，還兼具金屬或半導(dǎo)體物質(zhì)具有的電學(xué)和光學(xué)性能。經(jīng)過(guò)二十多年的研究發(fā)展，導(dǎo)電高分子已經(jīng)開(kāi)辟出一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用空間。由于在導(dǎo)電高分子領(lǐng)域所做出的杰出貢獻(xiàn)，黑格爾、麥克德?tīng)柮椎隆状ㄓ?shù)三位教授獲得了2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，充分肯定了導(dǎo)電高分子的科學(xué)價(jià)值和研究潛力。

自從聚乙炔導(dǎo)電薄膜的成功發(fā)現(xiàn)以來(lái)，很多研究者開(kāi)始將注意力集中在導(dǎo)電高分子的合成上來(lái)，先后制備了聚吡咯（Polypyrrole，Ppy）、聚苯（Polyphenylene）、聚對(duì)苯撐乙烯（Poly（phenylene-vinylene），PPV）、聚苯胺（Polyaniline，PANI）、聚噻吩（Polythiophene，PTh）等。其中，聚噻吩（PTh）是研究得較多的雜環(huán)聚合物電致發(fā)光材料，這類材料具有良好的空穴傳輸能力，易于通過(guò)側(cè)鏈修飾來(lái)調(diào)節(jié)電子能級(jí)，得到不同的空間構(gòu)型，調(diào)節(jié)發(fā)光顏色。Y.Ohomor等率先報(bào)道了用聚烷基噻吩為發(fā)光層的橙紅光的PLED（polymer?light-emitting?diode），并研究了烷基鏈長(zhǎng)度對(duì)PTh發(fā)光顏色、亮度及效率的影響。隨著3-位上取代烷基鏈的增長(zhǎng)，PTh鏈間距離增大，從而將載流子限制在主鏈上，提高了復(fù)合幾率。東南大學(xué)的王光明等用P3OT（poly（3-octylthiophene)）摻雜具有空穴傳輸性的聚乙烯基咔唑得到了橙紅色PLED；Heeger等將P3HT（3-己基噻吩的聚合物）及聚（2-甲氧基-5-（2-乙基己氧基）-1，4-亞苯基乙撐）（MEH-PPV）共混得到了量子效率為1.7%的PLED器件；B.Liu等合成了取代噻吩和芴的共聚物，得到了溶解性和熱穩(wěn)定性都很好的藍(lán)光和綠光聚合物。另外，PTh衍生物的最大發(fā)光波長(zhǎng)不僅與聚合物中的側(cè)鏈長(zhǎng)度有關(guān)，而且與聚合物主鏈的構(gòu)象即聚噻吩環(huán)是否共平面有很大的關(guān)系，位阻越大，共軛性越差，當(dāng)噻吩環(huán)3,4位都有取代基時(shí)，共軛性最差，可得到發(fā)藍(lán)光的材料。

聚對(duì)苯撐乙烯（PPV）及其衍生物是目前研究得最廣泛、最深入的共軛聚合物材料,也是最早應(yīng)用于電致發(fā)光領(lǐng)域的高分子材料。由于PPV及其衍生物可形成高質(zhì)量的薄膜，被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的半導(dǎo)體聚合物的材料之一。現(xiàn)在對(duì)PPV的研究，主要集中在對(duì)PPV側(cè)鏈和主鏈的修飾上。PPV本身溶解性能很差，且以空穴傳輸為主，而根據(jù)引入基團(tuán)的電子特征、空間位阻效應(yīng)以及柔性程度可以調(diào)節(jié)聚合物的載流子傳輸性質(zhì)、發(fā)光顏色、溶解性等。

導(dǎo)電高分子具有π電子骨架，摻雜后具有不尋常的電學(xué)性質(zhì)，比如導(dǎo)電性，低光躍遷能，低電離電位和較高電子親和勢(shì)。隨著理論研究的逐步成熟和新的有機(jī)聚合物導(dǎo)電材料的不斷涌現(xiàn)，這種新型材料的新的物理化學(xué)性能也逐步被人們認(rèn)識(shí)，如電致發(fā)光、光導(dǎo)電、電致變色、電子開(kāi)光、隱形等性質(zhì)。由此而來(lái)，應(yīng)用研究領(lǐng)域大大擴(kuò)展。在全固態(tài)電池、非線性光學(xué)器件、高密度記憶材料、新型平面彩色聚合物顯示裝置、抗靜電和電磁屏蔽材料、隱形涂料，以及有機(jī)半導(dǎo)體器件等研究方面都取得了重大進(jìn)展。