[发明专利]新型电致变色材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电致变色材料领域，特别是指一种新型电致变色材料及其制备方法。

背景技术

电致变色是指材料的光学属性(主要是指反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色材料可应用于轻型且便携的显示装置例如电子纸、以及使用透光率的装置例如智能窗。用电致变色材料制备的自动防眩目后视镜，可以通过电子感应系统，根据外来光的强度调节反射光的强度，达到防眩目的作用，使驾驶更加安全。

相比无机材料，有机电致变色材料具有许多优势，主要有：1)制备工艺简单，可采用滴涂、旋涂等；2)在器件制备上，加工容易，制作成本低。无机电致变色材料常用是一些过渡金属氧化物，这类金属由于资源稀少，往往制作成本很高；3)有机电致变色材料(导电聚合物材料)展现出更高的光学对比度，快的响应时间，使用寿命更长；4)颜色丰富，种类繁多，并且可以通过结构的改变实现对颜色的控制。

在众多的有机电致变色材料中，聚噻吩类衍生物是目前导电聚合物中研究最多最重要的共轭聚合物，良好的氧化还原活性，高的电化学及光学稳定性，良好的电致变色性质以及可加工性能，使其成为最具应用前景的一类导电聚合物材料。早期的研究工作表明，取代基不仅影响聚合物分子结构和能带结构，而且还影响聚合物的聚集形式、结构和微观分子能级分布规律。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有颜色变化可逆、灵敏度高、光学透过率高的新型电致变色材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种新型电致变色材料P(EDT-E5-EDT-co-EDOT)，所述P(EDT-E5-EDT-co-EDOT)的结构式有如下所示：

进一步的，所述P(EDT-E5-EDT-co-EDOT)由单体EDT-E5-EDT及EDOT通过电化学聚合法制备而成，所述EDT-E5-EDT与EDOT的浓度比为1:1-5，在EDT-E5-EDT和EDOT单体共聚的过程中，由于噻吩环的α位比β位更加活泼，使EDT-E5-EDT和EDOT单体更容易发生α-α位的电化学聚合，从而形成有效的共轭聚合物链。

进一步的，所述EDT-E5-EDT的结构式如下所示：

进一步的，所述EDT-E5-EDT的制备方法，包括：

(1)先将3-溴甲基噻吩通过威廉姆逊反应合成前躯体T-E5-T；

(2)NBS溴代反应得到中间产物TBr-E5-TBr；

(3)通过TBr-E5-TBr和EDOT-SnBu₃的Stille偶联反应合成目标产物EDT-E5-EDT。

进一步的，所述电化学聚合采用三电极体系反应，所述三电极体系包括工作电极、对电极及参比电极；工作电极为ITO导电玻璃，对电极为铂片，参比电极为Ag/AgCl电极。

进一步，所述参比电极Ag/AgCl电极的制备方法为将Ag丝在6mol·L^-1HCl溶液中恒电位1.5V、电解100s，电极表面生成AgCl覆层。

当噻吩环β位上氢原子被长链烷基、烷氧基等给电子基团取代后，避免了单体聚合过程中α-β位的耦合，电化学聚合可以实现较好较长的共轭聚合物链，不仅可以提高聚合物的环境稳定性，还能提高聚合物材料在使用过程中的稳定性以及电子的传输性能。而且，由于长链取代基的空间作用，降低了链间附着性和主链刚性，提高了噻吩环间扭曲角和主链构象混乱度，容易实现单体之间的交联耦合，从而制备高质量自支撑的聚合物薄膜。此外，相对于烷基链，聚醚链的引入可以进一步提高聚合物的水溶性，使得材料的加工性能大为提高。本发明的聚合物引入醚链中氧原子，可以增加聚合物主链的柔韧性，而氧原子上的孤对电子还可以使聚合物主链具有一定的电子传输性能，有利于其电学性能的提高。

另一方面，本发明还提供了新型电致变色材料的制备方法，包括：

步骤1、在保护气体氛围下，将溶剂、EDT-E5-EDT、EDOT和支持电解质加入三电极电解池中组成电解液；

步骤2、采用恒电位法、恒电流法或循环伏安法在工作电极上电沉积得到聚合物薄膜。

进一步的，还包括步骤3、将电沉积得到的聚合物薄膜用乙腈浸泡、冲洗，以除去聚合物中的电解质溶液及产生的低聚物。

其中，所述步骤1中，所述溶剂为乙腈，所述支持电解质为高氯酸锂，所述保护气体为氮气。