[发明专利]一种全色段电制变色聚合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全色段电制变色聚合物，所述聚合物为聚2,5‑二(2,2‑二甲基‑丙二烯)基‑3,4‑乙烯二氧噻吩，具有分子结构如式1所示的有机共轭结构。本发明依据典型的stille偶联方法，首次合成ProDOT(Me)₂‑EDOT‑ProDOT(Me)₂结构单元，并通过核磁氢谱手段对其结构进行了证明。通过电化学聚合单体的方法，测试其聚合物膜的电化学稳定性，1000圈之后，膜的电活性保留了96.17％；3000圈后，膜的电活性保留了90，55％；5000圈后，膜的电活性保留了85.73％。从而证明具有良好的电化学稳定性。聚合物薄膜同时是第一种基于一种结构单元能实现全彩变化的电制变色材料。并能实现由紫色、红色、黄色、绿色、青绿色、到蓝色的循环可逆变化。

技术领域

本发明属于导电高分子材料领域，特别涉及一种新型导电高分子聚合物的合成，及导电高分子电致变色材料领域。

背景技术

电制变色是指电活性材料的光学特性，包括材料的透射率，反射率以及颜色等在交变电场下发生的可逆变化。电制变色即材料可以通过化学或者电化学控制来实现在不同颜色状态之间的切换，通过注入或者抽取电荷发生氧化还原反应，根据物质所处状态的不同，在外观上显示不同的颜色以及透过率大小的可逆变化。在过去电制变色材料主要应用在光学展示，电子纸，反光镜，伪装材料等方面，现在在电制变色材料作为一种新型材料已经成功应用到波音787飞机，以及奔驰高级汽车等先进，前沿的领域上，展示出了巨大的经济价值，以及广阔的应用前景。

电制变色材料主要包括两种：无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致变色材料的典型代表是过渡金属氧化物，普鲁士蓝，杂多酸等，其中，以WO₃为功能材料的电致变色器件已经产业化；有机电致变色材料主要有导电聚合物，紫罗精，金属酞菁类化合物等。相对于无机电制变色材料，有机变色材料在颜色选择，对比度和响应速度等方面，有机电制变色材料很容易通过分子结构设计获得具有丰富颜色，高对比度，快响应速度的电制变色材料，因而更加受到研究者的青睐。

导电聚合物又称共轭聚合物，聚合物的分子具有独特的由单双键间隔排列的共轭结构，其能带结构基于共轭结构有关，由于参杂程度有关。通过改变是加载导电聚合物两端的电压可以改变其参杂程度，即改变了其能带结构，从而改变其光学性能。常见的共轭聚合物只要有聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚吲哚、聚呋喃聚咔唑等物质。其中聚3,4-乙烯基二氧噻吩是一种已经商业化的电制变色材料。

1994年，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是最稳定的导电聚合物之一，第一次作为电制变色材料被报道。这种聚合物与传统的聚噻吩材料相比具有更快的响应时间，更低的出事氧化电位，更优异的环境稳定性除此之外，这种物质在电压作用下可以由深蓝黑色向浅蓝色变化，并且这种变化是可逆的。同时，根据这种材料构建的电制变色器件在氧化还原状态之间具有很高的透过率(80％)，因此引起了人们的广泛关注，随后被广泛应用在可再充电电池，电致变色显示装置，有机发光二极管，超级电容器，抗静电涂料，腐蚀抑制剂，印刷电路智能窗，微波吸收材料，化学/生物传感器等领域。随后出现的PProDOT及其衍生物与PEDOT相比，因其具有中央对称的丙烯碳桥，其透过率进一步提高。作为电制变色材料，这些物质实现了高透过率，高稳定性，但这类材料大多是阳极着色材料，也就是说在氧化态时是深色，还原态是是浅色，这类物质在材料颜色变化多样性上仍有很大的进步空间。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种以EDOT和ProDOT新型化合物为单一分子结构单元的全色段电制变色聚合物，并提供上述聚合物的制备方法。本发明聚合物除保留PEDOT和PProEDOT以及他们衍生物在电致变色方面的高电化学稳定性，高重复稳定性和快响应时间的同时，还具有明显的全色段颜色变化以及良好的光学记忆性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全色段电制变色聚合物，所述聚合物为聚2,5-二(2,2-二甲基-丙二烯)基-3,4-乙烯二氧噻吩，具有分子结构如式1所示的有机共轭结构：