[发明专利]可水溶液喷涂丙撑二氧噻吩聚合物蓝色‑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，具体为可水溶液喷涂丙撑二氧噻吩聚合物蓝色-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。相对于以过渡金属氧化物为代表的无机电致变色材料，有机电致变色材料如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、紫精等具有色彩丰富、容易进行分子设计等优点，因而更加受到研究者的青睐。

聚合物主链刚性使聚噻吩具有不溶不熔的特性，这就为使用电致变色聚合物材料加工制作电致变色器件带来较大的困难。通常采用电化学聚合的办法使得到的聚合物直接沉积于电极表面形成聚合物薄膜。容易想到的是，电化学聚合在制备大面积电致变色器件时就难以胜任了。

为此研究者们通过化学修饰方法为聚噻吩引入不同形式的侧链基团，减弱聚合物分子链间的相互作用，使聚合物获得在有机溶剂中的溶解性，为聚噻吩类材料的可喷涂操作带来便利，其中具有代表性的工作来自美国佐治亚理工学院的Reynolds研究组的研究报道。尽管如此，由于有机溶剂有毒性、价格贵，其操作过程仍然存在环境污染大、对操作人员有害、生产成本高等缺点。

基于此，制备可水溶液操作电致变色聚噻吩薄膜成为近年来电致变色领域的研究热点，此外为了适应大面积彩色电致变色显示器件(显示器或电子书)开发的需要，具有透明氧化态水溶性聚噻吩的中性态颜色控制也是同时需要解决的问题。主要原因有：

(1)彩色显示进行混色时需要材料具有透明氧化态，以减少一种颜色材料在褪色时颜色残留对其他材料混色效果的干扰；

(2)显示器为黑色背景(最暗)，混色需要越混越亮的加法原色红、绿、蓝(Red,Green,Blue,RGB)，以避免混色时出现颜色失真；

(3)同样的原因，由于电子书为白色背景(最亮)，则混色需要越混越暗的减法原色青、紫、黄、黑(Cyan,Magenta,Yellow,Black,CMYK)。

发明内容

本发明旨在提供一种可水溶液操作的、适应大面积彩色电致变色显示器件(显示器或电子书)开发需要的电致变色材料及相关的组件、应用，为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

可水溶液喷涂丙撑二氧噻吩聚合物蓝色-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。

所述的可水溶液喷涂丙撑二氧噻吩聚合物蓝色-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3,4-二甲氧基噻吩、二溴新戊二醇、对甲基苯磺酸和甲苯加入上方连接内含分子筛的索氏提取器的烧瓶中，加热回流过夜，然后冷却至室温，经水洗，有机相用无水硫酸钠干燥后旋转蒸发除去溶剂，所得粗产物经柱层析得到化合物1；

步骤2、将化合物1、丙二酸二乙酯、乙醇钠加入上方连接有回流冷凝管的烧瓶中，加热回流6h-10h，然后冷却至室温，加入适量水，用乙醚萃取数次，合并有机相后用无水硫酸镁干燥，过滤，滤物蒸除溶剂后经柱层析得白色固体化合物2；

步骤3、将化合物2、无水FeCl₃、氯仿、乙酸乙酯加入烧瓶，室温搅拌24h-36h，将反应混合物滴入甲醇中沉淀，抽滤，收集滤饼真空干燥得到蓝紫色化合物3；

步骤4、将化合物3、NaOH、甲醇置于上方连接有回流冷凝管的烧瓶，加热回流24小时，冷却至室温，过滤并用甲醇洗涤，得蓝紫色化合物4；

步骤5、将化合物4溶解在水中，使用连接有空气压缩机的美术喷笔喷涂在ITO导电玻璃上成膜，后将喷涂有薄膜的ITO玻璃置于对甲苯磺酸-甲醇溶液，酸化反应12-20h，得到目标化合物丙撑二氧噻吩聚合物。

所述步骤1中3,4-二甲氧基噻吩、二溴新戊二醇、对甲基苯磺酸和甲苯四者的用量比为(20-40)mmol：(40-80)mmol：(2-4)mmol：(200-400)mL。

所述步骤2中化合物1、丙二酸二乙酯、乙醇钠三者的摩尔比为(10-20)mmol：(20-40)mmol：(40-80)mmol。

所述步骤3中化合物2、无水FeCl₃、氯仿、乙酸乙酯的用量比为(2-10)mmol：(12-60)mmol：(3-10)mL：(15-50)mL。