[发明专利]一种电致变色材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有良好导电性能的材料及制备方法，具体涉及一种具有自支撑性质和电致变色性能的聚(4,5-二氧乙撑吲哚)材料及其制备方法，属于电致变色聚合物材料领域。

背景技术

《国家自然科学基金“十二五”发展规划》的研究重点领域中包括重点开展光电材料的设计与制备、光电原型器件的制备及性能表征，而电致变色材料及器件研制也是当前国内外光电功能材料的研究热点之一。综合文献报道，现在人们研究开发的电致变色材料主要有以下几大类：无机电致变色材料、有机小分子电致变色材料以及高分子电致变色材料，后者因为具有良好的使用和加工性能，是目前研究的重点。高分子材料中，噻吩类聚合物和聚苯胺化学稳定性好，电致变色性能优良，是最广泛被关注的变色材料。国内外相关领域中，目前较少对吲哚类聚合物在电致变色材料中的应用研究。

吲哚类聚合物属于高分子材料中的主链共轭型导电聚合物，是一类性能良好的潜在电致变色功能材料：吲哚由苯环和吡咯环组成，表明聚吲哚可能兼具聚苯和聚吡咯的性能；电化学合成的吲哚类聚合物具有较好的热稳定性，在掺杂态的电导率较为稳定；并且由于苯环参与到共轭体系中，显示出独特的性质，苯环的存在允许醌型和苯型结构共振，在氧化时因近红外吸收而经历有色-无色的变化，这种颜色变化与其他导电聚合物不同，因此将吲哚类聚合物应用到电致变色材料中是具有很好的市场前景和商业潜力的。

根据现有技术，吲哚类导电聚合物的制备主要存在以下缺点：1、电化学聚合法制备吲哚类导电聚合物时，氧化电位较高，能源消耗较大。2、在中性溶液中制备的聚吲哚类导电聚合物，得到的聚合物多是颗粒或粉末状，机械性能较差，难以开展实际应用。

发明内容

本发明提供了一种新型电致变色聚合物材料，由单体4,5-二氧乙撑吲哚采用电化学法聚合生成，4,5-二氧乙撑吲哚的结构如附图1所示。该聚合物材料的制备方法步骤如下：

(1)将Ag丝放入浓度为4-8mol/L的盐酸溶液中，经恒电位1.4-1.7V下电解50-150s后，表面生成红色的AgCl附着层，作为参比电极。ITO玻璃电极用酒精擦拭干净，作为工作电极。不锈钢电极用1200目的砂纸打磨，之后用水、乙醇、丙酮依次冲洗并吹干，作为对电极。(2)称取固体4,5-二氧乙撑吲哚0.0170-0.0180g溶解于5mL三氟化硼乙醚(BFEE)溶液中，配置成4,5-二氧乙撑吲哚单体浓度0.019-0.021mol/L的反应溶液。将步骤(1)中的三电极组合好，放入含有4,5-二氧乙撑吲哚单体的三氟化硼乙醚溶液中，施加0.43-0.65V.vs.SCE的电压，反应一定时间。(3)将步骤(2)中的工作电极取出，对附着在上面的聚(4,5-二氧乙撑吲哚)材料进一步后续处理。

本发明中采用4,5-二氧乙撑吲哚作为制备电致变色聚合物材料的单体，它是一种新型吲哚类衍生物，其4,5位引入了二个氧原子。与其他吲哚类衍生物相比，4,5-二氧乙撑吲哚具有以下优点：1)4,5位的氢被二氧乙撑环代替，降低了其能级，从而在电聚合的过程中可以阻碍α位发生副反应，得到高质量的聚合物膜；2)二氧乙撑环的引入可以降低聚合物氧化(掺杂)态时的电位，使掺杂态的聚合物更具优良的稳定性和较高的导电性。

本发明的技术方案中采用BFEE作为电化学聚合的溶液体系。BFEE本身是一种Lewis酸，它本身不光是一种溶液，同时还可作为支持电解质，具有较高的离子电导率，因此有电催化作用。吲哚类衍生物上含有苯环，能与BFEE溶液体系中的三氧化硼、乙醚相互作用生成π-络合物，降低了苯环的离域能，从而降低吲哚的氧化电位，有利于能耗的减小。同时乙醚的加入还增强了体系的总酸度，也提高了溶液的离子电导率，进而加快了吲哚衍生物和其阳离子的耦合速度，提高了聚合速率。

本发明制备出的聚(4,5-二氧乙撑吲哚)电致变色材料，具有多孔球状结构，所述聚合物的孔径尺寸为微米级，在电子显微镜下放大10000倍后如图2所示。它具有固体荧光性质，为黄色发光物，有优良的电致变色性能，加上电压后可在黄棕色和深绿色之间可逆变化，而噻吩类电致变色聚合物一般呈现蓝色。它的机械性能和热稳定性好，室温下具有较高的电导率，且不会出现安全问题。它还具有良好的柔韧性和自支撑性质，可以完整地从工作电极上取下，能极大扩展在实际生活中的应用范围。制备聚(4,5-二氧乙撑吲哚)材料氧化电位低、能耗小，有利于降低成本，具备工业化生产推广的潜质。

附图说明

图14,5二氧乙撑-吲哚的单体结构

图2聚(4，5-二氧乙撑吲哚)膜的扫描电镜照片