[发明专利]聚二乙氧甲基丙撑二氧噻吩蓝紫色‑透明电致变色材料及制备方法、组件与应用

说明书

技术领域

本发明涉及电致变色材料的合成和成膜方法，具体为聚二乙氧甲基丙撑二氧噻吩蓝紫色-透明电致变色材料及制备方法、组件与应用。

背景技术

材料在交替的高低或正负外电场作用下通过注入或抽取电荷发生氧化还原反应，从而在低透过率的着色态和高透过率的消色态之间发生可逆变化的特殊现象称为电致变色，外观上表现为颜色及透明度的可逆变化，在电致变色窗、电致变色显示等领域有广阔的应用前景。

电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图像后，只要显示内容不变化，就不会耗电，达到节能的目的。电致变色显示器与其它显示器相比具有无视盲角、对比度高、制造成本低、工作温度范围宽、驱动电压低、色彩丰富等优点，在仪表显示、户外广告、静态显示等领域具有很大的应用前景。

无机电致变色材料主要以WO₃、MoO₃、NiO等过渡金属氧化物为代表，其光吸收变化是因为离子和电子的双注入和双抽取而引起的。有机电致变色材料则以有机小分子紫精和π-共轭聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等为代表，其光吸收变化来自氧化还原反应，这类材料色彩丰富，容易进行分子设计，因而更加受到研究者的青睐。特别是3,4-二氧基噻吩(如3,4-乙撑二氧噻吩PEDOT)，由于电子给体的二氧基在高p-掺杂水平下能够稳定封闭壳双极化子结构，因而为聚(3，4-亚烷基二氧基噻吩)提供了高导电性和透明氧化态，电致变色材料无论是应用于智能窗还是显示，都需要材料具有透明态(可接近完全褪色)，因而这一发现促进了3，4-二氧基噻吩聚合物的广泛应用。

聚合物主链刚性及分子链间π-π堆积作用使得π-共轭聚合物具有不熔不溶的特性，因此在利用π-共轭聚合物制备电致变色器件时研究者们通常采用电化学聚合的方法使得到的聚合物直接沉积于电极表面形成聚合物薄膜。电聚合是利用外加电压使单体在阳极发生电化学氧化反应，通过自由基间逐步偶合形成共轭聚合物。

相对于以三氯化铁为氧化剂的化学氧化聚合以及以钯络合物为催化剂的偶联聚合反应，电聚合方法合成共轭聚合物具有以下优点：

(1)电聚合可以在适宜电压下通过阳极氧化反应直接得到聚合物，而不需要另外添加氧化剂或催化剂，减少共轭聚合物的合成成本；

(2)电聚合过程中掺杂入共轭聚合物的电解质可以方便地通过施加负电压去掺杂(还原)反应去除，使得到的聚合物更加纯净；

(3)电聚合得到的共轭聚合物可以直接沉积在导电基底上，而不需要对聚合物做进一步成膜加工，降低了共轭聚合物薄膜在应用于有机光电子学器件时的加工费用和难度。

聚二氧基噻吩由于其具有低驱动电压、快速响应、高透过率差的优点而受到电致变色材料开发研究的广泛青睐。通过聚合物主链或者侧基的化学改性来提升聚合物电致变色性能是最为经常使用的手段。二氧基噻吩及其衍生物的电聚合成为有机光电子学材料领域的研究者获得新颖的电致变色材料最常采用的合成方法。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的蓝紫色噻吩类聚合物电致变色材料，其颜色可以在蓝紫色和透明之间转化，具有驱动电压低，光学对比度高、着色效率高等特点，为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

聚二乙氧甲基丙撑二氧噻吩蓝紫色-透明电致变色材料，其特征在于，其结构式如下：

其中n表示聚合度，为自然数。

所述的聚二乙氧甲基丙撑二氧噻吩蓝紫色-透明电致变色材料的合成路线如下：

具体步骤如下：

步骤1、将二溴甲基丙撑二氧噻吩、乙醇钠和N,N-二甲基甲酰胺加入上方连接回流冷凝管的烧瓶中，将混合物加热至90-120℃，反应4-10h，然后冷却至室温，加水150-300mL，乙醚萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋转蒸发除去溶剂，粗产物经柱层析得到无色油状液体，得二乙氧甲基丙撑二氧噻吩；

步骤2、将二乙氧甲基丙撑二氧噻吩、LiClO₄溶解于乙腈，置于三电极电解池中，采用循环伏安法进行电化学聚合，得到聚二乙氧甲基丙撑二氧噻吩。

所述步骤1中二溴甲基丙撑二氧噻吩、乙醇钠、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为(20-40)mmol：(60-120)mmol：(50-200)mL。

所述步骤2的乙腈体系中二乙氧甲基丙撑二氧噻吩的浓度为0.005-0.1mol/L，LiClO₄的浓度为0.05-0.5mol/L。