[发明专利]一种含咔唑基聚磷腈的电致变色材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电致变色材料及其制备方法和应用。

背景技术

二十一世纪，电致变色材料正是在改变着人类的生产生活方式。电致变色材料作为一种很有应用前景的新型功能材料，在大型显示、光电开关、电致变色存储器件、建筑窗玻璃及其灵巧窗等领域都有广泛的应用前景。电致变色材料可分为有机电致变色材料和无机电致变色材料，相比于无机电致变色材料，有机电致变色材料具有加工容易、成本低、颜色种类多、对比度高、响应时间短、寿命长等优势。但有机电致变色材料也有它自身的缺点，例如抗辐射能力较差、化学稳定性不好、与基板无机材料粘附不够牢固。基于这些有机碳链高分子本身的局限，本发明以无机元素为主链，以有机基团作为侧基改善有机电致变色材料。

三苯胺结构的电致变色材料已成为当下研究的一个热点，对此已有大量的文献报道。但对于已报道的一些电致变色材料而言还存在着大量的缺陷，比如聚合物薄膜易脱落、变色不均匀、响度时间慢、稳定性差、对比度低。咔唑及其衍生物由于具有特殊的刚性结构易于进行结构修饰，从而表现出许多独特的性能，有望解决上述电致变色材料的不足之处，其中含咔唑基三苯胺聚磷腈电致变色材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的是要解决现有电致变色材料易脱落，变色不均匀、响度时间慢、稳定性差和对比度低的问题，而提供一种含咔唑基聚磷腈的电致变色材料及其制备方法和应用。

一种含咔唑基聚磷腈的电致变色材料的结构式为其中，所述的x的取值范围为0.37≤x≤0.52；所述的n的取值范围为100≤n≤350，且n为整数。

一种含咔唑基聚磷腈的电致变色材料的制备方法是按以下步骤制备的：

一、将六氯环三磷腈加入到安瓿管中，再在室温下抽真空10min～30min，再将安瓿管进行密封；将密封的安瓿管置于温度为245℃～250℃下反应1.5h～2h，得到聚二氯磷腈；

二、在氮气气氛下，将N,N-二甲基甲酰胺加入到容器中，再向容器中分别加入咔唑、对氟苯甲醛和氢化钠，再将容器升温至100℃～105℃，再在温度为100℃～105℃下反应12h～15h，得到反应液A；将反应液A加入到蒸馏水中，再在温度为5℃～10℃下静置12h～15h，再进行过滤，弃去滤液，再在温度为35℃～40℃下烘干6h～8h，再使用丙酮与水的混合液进行重结晶，即可得N-(4-甲醛基苯基)咔唑；

步骤二中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积与咔唑的物质的量比为(25mL～30mL):1mol；

步骤二中所述的咔唑与对氟苯甲醛的摩尔比为1:(1～1.5)；

步骤二中所述的咔唑与氢化钠的摩尔比为1:(1～2)；

步骤二中所述的丙酮与水的混合液中丙酮与水的体积比为8:1；

步骤二中所述的反应液A与蒸馏水的体积比为(0.02～0.1):1；

三、在氮气气氛下，将硼氢化钠溶于浓度为1mol/L的NaOH溶液中，再滴加质量分数为9％～10％的N-(4-甲醛基苯基)咔唑甲醇溶液，再在室温下和搅拌速度为400r/min～600r/min的条件下反应5h～6h，得到反应液B；将反应液B加入到二氯甲烷中，再使用四氢呋喃洗涤2次～3次，收集有机相，再使用无水硫酸钠对有机相进行干燥，再进行减压蒸馏，再在温度为35℃～40℃下真空干燥6h～8h，得到N-(4-羟甲基苯基)咔唑；

步骤三中所述的硼氢化钠的物质的量与浓度为1mol/L的NaOH溶液的体积比为5mmol:(10mL～12mL)；

步骤三中所述的硼氢化钠与质量分数为9％～10％的N-(4-甲醛基苯基)咔唑甲醇溶液中N-(4-甲醛基苯基)咔唑的摩尔比为1:2；

步骤三中所述的硼氢化钠的物质的量与二氯甲烷的体积比为5mmol:(40mL～50mL)；

四、将N-(4-羟甲基苯基)咔唑加入到装有聚二氯磷腈的Schlenk管中，再加入四氢呋喃，再在氮气气氛下和温度为66℃～70℃下反应45h～48h，再自然冷却至室温，得到反应液C；

步骤四中所述的N-(4-羟甲基苯基)咔唑与聚二氯磷腈的摩尔比为2:1；

步骤四中所述的N-(4-羟甲基苯基)咔唑的物质的量与四氢呋喃的体积比为2mmol:(30mL～50mL)；