聚噻吩衍生物电致变色器件的制备及性能研究

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电致变色材料在外加电场的作用下,能够实现光学性质(颜色、反射率、透过率)的可逆转变。有机电致变色材料因其分子结构的可设计性能实现丰富的光谱调控,进而在动态光谱调控领域展现出较好的应用前景。本文主要以多色变化的聚3-甲基噻吩(PMeT)为研究对象,通过研究聚合物原位生长特性与引入3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT),优化获得了颜色变化丰富、发射率调节幅度较大且循环稳定性较高的聚噻吩衍生物。采用预聚合的方法制备了PMeT薄膜,发现相对较大的聚合电压有助于在金(Au)基底表面上形成分布更加均匀的聚合物颗粒,然后,再施加较小的电压在已经生成的聚合物表面上进行生长,这不仅提升了聚合物薄膜的均匀性,同时,削弱了高电压下聚合物的过氧化反应,提升了器件的稳定性。研究发现采用预聚合时间为5 s和8 s制备的PMeT均可以实现多种颜色的动态调控,随着预聚合时间增加器件在变色电压下对应的颜色加深,由预聚合时间为5 s时的红色、褐色、深绿色变为了8 s时的褐色、黑色和深绿色。同时在3 s以内即可实现颜色动态调控。基于PMeT/Au的双层结构使制备的聚合物器件在8~14μm的发射率调控能力可达到0.4以上,其中预聚合时间为5 s、生长时间150 s的器件整体的性能最好,可以实现红、褐、深绿三色的变化,在3~5μm和8~14μm的?ε分别为0.321和0.363,同时高辐射状态时的响应时间和低辐射状态时的响应时间分别为1.34 s和1.31 s。为了提升PMeT薄膜的光谱调控能力与电化学性能,将EDOT引入到PMeT分子主链上。通过不同体积比的EDOT:MeT溶液的阳极极化曲线发现,EDOT的引入使共聚物P(EDOT-MeT)的起始聚合电位降低了。同时,利用FT-IR和Raman光谱对共聚物薄膜的成分进行了分析,结果表明EDOT和MeT成功的实现了共聚。EDOT的引入不仅使起始氧化聚合电位降低,还使电致变发射率器件在3~5μm和8~14μm两个波段内聚合物发射率的调控能力增强。体积比为2:100时的器件仍能保持红、褐、深绿三色的变化,而体积比为3:100的器件因为EDOT的引入较多所以只能呈现黑色和褐色两种颜色。但两个体积比下的器件均具有很快的响应速度和不错的红外调控能力。其中体积比为2:100,聚合时间为90 s时的器件整体呈现出较好的性能,在3~5μm和8~14μm时?ε分别为0.349和0.341,同时氧化态和还原态的响应时间分别为1.30 s和1.25 s。
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