基于噻吩和三苯胺衍生物的多色显示电致变色材料的制备和性能研究

论文摘要

电致变色材料被认为是目前最有应用前景的功能材料之一,开发具有优良性能的电致变色材料并制成电致变色器件在社会生产生活中都有着巨大的潜在应用价值。导电聚合物作为一种重要的电致变色材料,因其种类繁多、加工性能好、能带可调控等优点受到越来越多的重视。其中,聚噻吩类和三苯胺衍生物类电致变色材料由于制备方法简单、颜色变化明显、响应速度快、稳定性好等优点,一直都是研究的焦点。本文合成了一系列基于噻吩和三苯胺衍生物的单体,分别是:1,4-二（3-噻吩基）苯（DTB）、N-苯基-2-萘胺（BNA）、N-（4-（1-吡咯基）苯基）-N-苯基-2-萘胺（NAP）和N1,N4-二（4-（1-吡咯基）苯基）-N1,N4-二苯基-1,4-二胺（DPTPA）。用电化学方法制备了相应的聚合物膜,在此基础上设计、制备了简易液态电致变色原型器件,并对它们的电致变色性能进行了研究。测试结果表明,这几种单体都具有良好的电化学响应,表现出良好的成膜性,简易器件也都表现出良好的电致变色性能。譬如PDTB聚合物膜在不同的电位下显示黄色和蓝色两种颜色,而DTB与3,4-乙烯撑二氧噻吩（EDOT）进行共聚后所制得共聚物膜达到了红、黄、绿、蓝四种颜色颜色变化,其中包含了红、绿、蓝三原色;另外,这种共聚物膜还具有较快的响应速度（在746 nm时只有0.8秒）和较高的光学对比度（最高可达59%）;循环伏安测试表明此共聚物膜具有良好的稳定性,扫描500周以后氧化还原峰也只有较小的缩减。PBNA和PNAP聚合物膜也用电化学方法成功制得,PBNA膜在不同的电位下显示出从淡黄到蓝色五种不同的颜色,并表现出较快的响应速度（在400,500和1100 nm下分别为0.9 s,2.4 s和1.8 s）,循环伏安扫描300周以后也保持了较高的电化学活性,具有合理的稳定性;PNAP膜则呈现出从棕色到深蓝色的五种不同的颜色,响应速度较快（433 nm时大约是2.7 s,1100 nm下为2.0 s）,循环伏安稳定性测试表明PNAP膜具有较好的稳定性。PDPTPA聚合物膜表现出更好的电致变色性能,在不同的电位下,PDPTPA膜实现了从棕色到蓝色六种颜色变化;还具有较高的光学对比度:在410 nm时为20%,在852 nm时是41%,617 nm时则达到52%;此外还表现出较快的响应速度:在410 nm时的切换时间是1.3 s,在852 nm时为1.4s,在617nm时则为0.6s;另外,PDPTPA膜还具有优良的稳定性,在长时间的电致变色切换实验中曲线稳定,500周循环伏安扫描后氧化还原曲线只有细微的变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电致变色材料的分类
• 1.1.1 无机电致变色材料
• 1.1.2 有机电致变色材料
• 1.1.2.1 有机小分子
• 1.1.2.2 导电聚合物
• 1.2 电致变色材料应用
• 1.2.1 防炫目反光镜
• 1.2.2 电致变色智能窗
• 1.2.3 电致变色显示器
• 1.2.4 电致变色纸
• 1.2.5 太阳能电池
• 1.2.6 数据存储
• 1.3 噻吩和三苯胺衍生物电致变色材料的研究进展
• 1.3.1 聚噻吩及其衍生物
• 1.3.2 三苯胺衍生物
• 1.4 多色显示电致变色材料研究概况
• 1.5 电化学聚合法
• 1.6 选题的目的和意义
• 参考文献
• 第二章 基于1,4-二（3-噻吩基）苯和3,4-乙烯撑二氧噻吩的多色显示电致变色共聚物膜
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 药品与试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 DTB的合成
• 2.2.4 聚合物膜的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 电化学聚合和电化学测试
• 2.3.2 聚合物结构表征
• 2.3.3 光谱电化学测试
• 2.3.4 共聚物膜P（DTB-EDOT）的稳定性
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 一种基于三苯胺衍生物和吡咯的新颖的电致变色聚合物膜
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 药品与试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 1,N⁴-二（4-（1H-吡咯基）苯基）-N¹,N⁴-二苯基苯-1,4-二胺（DPTPA）的合成（图3.1）'>3.2.3 N¹,N⁴-二（4-（1H-吡咯基）苯基）-N¹,N⁴-二苯基苯-1,4-二胺（DPTPA）的合成（图3.1）
• 3.2.4 聚合物膜的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 DPTPA的电化学聚合及电化学测试
• 3.3.2 聚合物结构表征
• 3.3.3 光谱电化学测试
• 3.3.4 PDPTPA膜的稳定性测试
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 N-苯基-2-萘胺和N-（4-（1-H-吡咯基）苯基）-N-苯基-2-萘胺的多色电致变色性质
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 药品与试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 NAP的合成（图4.1）
• 4.2.4 聚合物膜的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 电化学聚合及电化学测试
• 4.3.2 光谱电化学测试
• 4.3.3 PBNA和PNAP膜的稳定性测试
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 主要结论及创新点
• 5.1 主要结论
• 5.2 创新点
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间申请的专利
• 致谢