[发明专利]一种新型聚噻吩分散体系及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工材料领域，特别涉及一种新型聚噻吩分散体系及其制备方法和应用。

背景技术

最近20年，共轭导电高分子由于其独特的电学和光学性能，引起了广大科学研究者的兴趣。这类聚合物材料既拥有传统聚合物密度低，易加工的优点，又具有半导体或金属材料良好的光电特性，因而成为制备光电器件的理想材料。目前这类聚合物材料在光致变色显示，超级电容器，抗静电涂层以及有机光伏电池等领域被广泛应用和研究。

导电高分子在上个世纪七十年代得以迅速发展。1974年，日本的化学家白川英树教授小组发现，聚乙炔薄膜除了表现出良好力学性质以外，还表现出金属光泽，这一重大发现，引起了美国化学家麦克德尔米德教授的注意，并与美国的物理学家黑格尔教授合作，经过三年的研究，在1977年，发现聚乙炔薄膜可以通过碘进行掺杂，导电率可以从绝缘体达到导体级别，而且薄膜颜色也随着掺杂变为金黄色的金属光泽。这一发现，宣告了导电高分子的诞生。导电高分子不仅可以保持聚合物的机械性能和可加工性，还兼具金属或半导体物质具有的电学和光学性能。经过二十多年的研究发展，导电高分子已经开辟出一个新兴的研究领域，具有广阔的应用空间。由于在导电高分子领域所做出的杰出贡献，黑格尔、麦克德尔米德、白川英树三位教授获得了2000年诺贝尔化学奖，充分肯定了导电高分子的科学价值和研究潜力。

自从聚乙炔导电薄膜的成功发现以来，很多研究者开始将注意力集中在导电高分子的合成上来，先后制备了聚吡咯（Polypyrrole，Ppy）、聚苯（Polyphenylene）、聚对苯撑乙烯（Poly（phenylene-vinylene），PPV）、聚苯胺（Polyaniline，PANI）、聚噻吩（Polythiophene，PTh）等。其中，聚噻吩（PTh）是研究得较多的杂环聚合物电致发光材料，这类材料具有良好的空穴传输能力，易于通过侧链修饰来调节电子能级，得到不同的空间构型，调节发光颜色。Y.Ohomor等率先报道了用聚烷基噻吩为发光层的橙红光的PLED（polymer light-emitting diode），并研究了烷基链长度对PTh发光颜色、亮度及效率的影响。随着3-位上取代烷基链的增长，PTh链间距离增大，从而将载流子限制在主链上，提高了复合几率。东南大学的王光明等用P3OT（poly（3-octylthiophene)）掺杂具有空穴传输性的聚乙烯基咔唑得到了橙红色PLED；Heeger等将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-亚苯基乙撑）（MEH-PPV）共混得到了量子效率为1.7%的PLED器件；B.Liu等合成了取代噻吩和芴的共聚物，得到了溶解性和热稳定性都很好的蓝光和绿光聚合物。另外，PTh衍生物的最大发光波长不仅与聚合物中的侧链长度有关，而且与聚合物主链的构象即聚噻吩环是否共平面有很大的关系，位阻越大，共轭性越差，当噻吩环3,4位都有取代基时，共轭性最差，可得到发蓝光的材料。

聚对苯撑乙烯（PPV）及其衍生物是目前研究得最广泛、最深入的共轭聚合物材料,也是最早应用于电致发光领域的高分子材料。由于PPV及其衍生物可形成高质量的薄膜，被认为是最有希望实现商业化的半导体聚合物的材料之一。现在对PPV的研究，主要集中在对PPV侧链和主链的修饰上。PPV本身溶解性能很差，且以空穴传输为主，而根据引入基团的电子特征、空间位阻效应以及柔性程度可以调节聚合物的载流子传输性质、发光颜色、溶解性等。

导电高分子具有π电子骨架，掺杂后具有不寻常的电学性质，比如导电性，低光跃迁能，低电离电位和较高电子亲和势。随着理论研究的逐步成熟和新的有机聚合物导电材料的不断涌现，这种新型材料的新的物理化学性能也逐步被人们认识，如电致发光、光导电、电致变色、电子开光、隐形等性质。由此而来，应用研究领域大大扩展。在全固态电池、非线性光学器件、高密度记忆材料、新型平面彩色聚合物显示装置、抗静电和电磁屏蔽材料、隐形涂料，以及有机半导体器件等研究方面都取得了重大进展。