[發明專利]聚二溴丙氧基噻吩品紅色?透明電致變色材料及制備方法、組件與應用

在審

• 申請號: 201710907332.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107778458A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 陳曉明
• 申請（專利權）人: 安徽建筑大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;G02F1/15
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 劉躍

技術領域

本發明涉及電致變色材料的合成和成膜方法，具體為聚二溴丙氧基噻吩品紅色-透明電致變色材料及制備方法、組件與應用。

背景技術

材料在交替的高低或正負外電場作用下通過注入或抽取電荷發生氧化還原反應，從而在低透過率的著色態和高透過率的消色態之間發生可逆變化的特殊現象稱為電致變色，外觀上表現為顏色及透明度的可逆變化，在電致變色窗、電致變色顯示等領域有廣闊的應用前景。

電致變色材料具有雙穩態的性能，用電致變色材料做成的電致變色顯示器件不僅不需要背光燈，而且顯示靜態圖像后，只要顯示內容不變化，就不會耗電，達到節能的目的。電致變色顯示器與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高、制造成本低、工作溫度范圍寬、驅動電壓低、色彩豐富等優點，在儀表顯示、戶外廣告、靜態顯示等領域具有很大的應用前景。

無機電致變色材料主要以WO₃、MoO₃、NiO等過渡金屬氧化物為代表，其光吸收變化是因為離子和電子的雙注入和雙抽取而引起的。有機電致變色材料則以有機小分子紫精和π-共軛聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等為代表，其光吸收變化來自氧化還原反應，這類材料色彩豐富，容易進行分子設計，因而更加受到研究者的青睞。特別是3,4-二氧基噻吩(如3,4-乙撐二氧噻吩PEDOT)，由于電子給體的二氧基在高p-摻雜水平下能夠穩定封閉殼雙極化子結構，因而為聚(3，4-亞烷基二氧基噻吩)提供了高導電性和透明氧化態，電致變色材料無論是應用于智能窗還是顯示，都需要材料具有透明態(可接近完全褪色)，因而這一發現促進了3，4-二氧基噻吩聚合物的廣泛應用。

聚合物主鏈剛性及分子鏈間π-π堆積作用使得π-共軛聚合物具有不熔不溶的特性，因此在利用π-共軛聚合物制備電致變色器件時研究者們通常采用電化學聚合的方法使得到的聚合物直接沉積于電極表面形成聚合物薄膜。電聚合是利用外加電壓使單體在陽極發生電化學氧化反應，通過自由基間逐步偶合形成共軛聚合物。

相對于以三氯化鐵為氧化劑的化學氧化聚合以及以鈀絡合物為催化劑的偶聯聚合反應，電聚合方法合成共軛聚合物具有以下優點：

(1)電聚合可以在適宜電壓下通過陽極氧化反應直接得到聚合物，而不需要另外添加氧化劑或催化劑，減少共軛聚合物的合成成本；

(2)電聚合過程中摻雜入共軛聚合物的電解質可以方便地通過施加負電壓去摻雜(還原)反應去除，使得到的聚合物更加純凈；

(3)電聚合得到的共軛聚合物可以直接沉積在導電基底上，而不需要對聚合物做進一步成膜加工，降低了共軛聚合物薄膜在應用于有機光電子學器件時的加工費用和難度。

聚二氧基噻吩由于其具有低驅動電壓、快速響應、高透過率差的優點而受到電致變色材料開發研究的廣泛青睞。通過聚合物主鏈或者側基的化學改性來提升聚合物電致變色性能是最為經常使用的手段。二氧基噻吩及其衍生物的電聚合成為有機光電子學材料領域的研究者獲得新穎的電致變色材料最常采用的合成方法。

發明內容

本發明目的在于一種新型的品紅色-透明聚噻吩類電致變色材料：聚二溴丙氧基噻吩，通過雙溴丙氧基取代所引入的靜電排斥作用使聚合物鏈共軛程度減小，吸收藍移，其顏色可以在品紅色和透明之間可逆變化，具有驅動電壓低、氧化態透明、光學對比度高等特點。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

聚二溴丙氧基噻吩品紅色-透明電致變色材料，其特征在于，其結構式如下：

其中n表示聚合度，為自然數。

所述的聚二溴丙氧基噻吩品紅色-透明電致變色材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將3,4-二甲氧基噻吩、3-溴-1-丙醇、對甲基苯磺酸和甲苯加入上方連接內含分子篩的索氏提取器的燒瓶中，將混合物加熱回流過夜，然后冷卻至室溫，水洗、無水硫酸鈉干燥后旋轉蒸發除去溶劑，粗產物經柱層析得到白色固體，得二溴丙氧基噻吩；反應路線如下：

步驟2、將二溴丙氧基噻吩、LiClO₄溶解于乙腈，置于三電極電解池中，采用循環伏安法進行電化學聚合，得到聚二溴丙氧基噻吩。反應路線如下：

所述步驟1中3,4-二甲氧基噻吩、3-溴-1-丙醇、對甲基苯磺酸、甲苯的用量比為(1-3)mmol：(1-10)mmol：(0.1-0.5)mmol：(5-50)mL。