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刺激响应变色现象是指在外界物理刺激或化学刺激下,材料的颜色发生可逆变化的现象,在光学记忆与存储、装饰、军事、防伪印刷、传感与检测等领域具有潜在应用价值,因而受到科学工作者们的广泛关注。紫精类衍生物(1,1-二取代-4,4-联吡啶衍生物)因其特殊的缺电子性质而具有良好的氧化还原活性,并在氧化还原反应过程中伴随着丰富而明显的颜色变化,在变色材料的应用方面研究广泛。纺织品具有丰富性、广泛性、柔韧性、轻薄性等优良特性,为变色材料的应用提供了良好的平台,将刺激响应变色材料与纺织品结合,可以开发出功能性纺织品,以辅助刺激响应变色材料走向实际应用。
本文利用六-(氯甲基苯氧基)环三磷腈分别与4,4-联吡啶和乙基单取代的4,4-联吡啶合成了一种不溶性紫精-磷腈共价有机聚合物,以及一种水溶性紫精-磷腈聚合物。通过丝网印刷方式将不溶性聚合物涂覆于棉织物表面,制备集光致变色、热致变色以及氨敏变色功能于一身的多功能织物。将水溶性聚合物作为电致变色材料并组装成电致变色器件,该器件具有良好的电致变色活性与稳定性。
(1)将4,4-联吡啶与六-(氯甲基苯氧基)环三磷腈进行反应,合成了不溶性紫精-磷腈共价有机聚合物(COP2+),实验表明该化合物具有稳定可逆的光致变色功能,傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、电子自旋共振、扫描电子显微镜测试证明该现象的产生与分子结构的破坏、共价键的断裂和晶型变化无关,而是源于紫精自由基-阳离子态的产生。此外,表征了材料变色灵敏性以及循环稳定性,结果表明光致变色过程可以稳定循环15个周期(吸光度变化<10%)。
(2)通过丝网印刷的方式将COP2+制备的色浆涂覆于棉织物表面,研究涂覆织物的光致变色、热致变色、氨敏变色性能。处理过的织物在可见光或紫外光的照射下在10s内变成绿色,并在避光约3min后恢复到其原始的黄色状态。颜色转变过程也可以由热引发,将处理过的织物加热到110℃,也可以诱发颜色由黄色到绿色的转变,在热源移去时颜色逐渐恢复。暴露于氨气中时,织物的颜色在1s内从黄色变为绿色,并且在去除氨气之后迅速恢复为黄色。这种多重响应变色纺织品在环境监测柔性传感器方面具有巨大潜力。
(3)将乙基单取代的4,4-联吡啶与六-(氯甲基苯氧基)环三磷腈进行反应,合成了一种新型的水溶性电致变色紫精-磷腈聚合物(PHV2+)。优良的水溶性使得该化合物可以通过简单的方法构造一个由聚乙烯醇作为凝胶基质的电致变色水凝胶,具有成本低廉,无毒害的优点。以氟掺杂氧化锡(FTO)涂层玻璃作为电极材料,PHV2+作为电致变色材料,氯化钾为电解质制备了电致变色器件。器件可以在2.1V电压下发生由淡黄色到紫色的明显颜色变化,并且该颜色变化具有良好的可逆性与稳定性。所制备的器件的光学对比度达到62.19%,良好的电致变色性能使该化合物在电致变色器件方面具有潜在应用价值。
本文利用六-(氯甲基苯氧基)环三磷腈分别与4,4-联吡啶和乙基单取代的4,4-联吡啶合成了一种不溶性紫精-磷腈共价有机聚合物,以及一种水溶性紫精-磷腈聚合物。通过丝网印刷方式将不溶性聚合物涂覆于棉织物表面,制备集光致变色、热致变色以及氨敏变色功能于一身的多功能织物。将水溶性聚合物作为电致变色材料并组装成电致变色器件,该器件具有良好的电致变色活性与稳定性。
(1)将4,4-联吡啶与六-(氯甲基苯氧基)环三磷腈进行反应,合成了不溶性紫精-磷腈共价有机聚合物(COP2+),实验表明该化合物具有稳定可逆的光致变色功能,傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、电子自旋共振、扫描电子显微镜测试证明该现象的产生与分子结构的破坏、共价键的断裂和晶型变化无关,而是源于紫精自由基-阳离子态的产生。此外,表征了材料变色灵敏性以及循环稳定性,结果表明光致变色过程可以稳定循环15个周期(吸光度变化<10%)。
(2)通过丝网印刷的方式将COP2+制备的色浆涂覆于棉织物表面,研究涂覆织物的光致变色、热致变色、氨敏变色性能。处理过的织物在可见光或紫外光的照射下在10s内变成绿色,并在避光约3min后恢复到其原始的黄色状态。颜色转变过程也可以由热引发,将处理过的织物加热到110℃,也可以诱发颜色由黄色到绿色的转变,在热源移去时颜色逐渐恢复。暴露于氨气中时,织物的颜色在1s内从黄色变为绿色,并且在去除氨气之后迅速恢复为黄色。这种多重响应变色纺织品在环境监测柔性传感器方面具有巨大潜力。
(3)将乙基单取代的4,4-联吡啶与六-(氯甲基苯氧基)环三磷腈进行反应,合成了一种新型的水溶性电致变色紫精-磷腈聚合物(PHV2+)。优良的水溶性使得该化合物可以通过简单的方法构造一个由聚乙烯醇作为凝胶基质的电致变色水凝胶,具有成本低廉,无毒害的优点。以氟掺杂氧化锡(FTO)涂层玻璃作为电极材料,PHV2+作为电致变色材料,氯化钾为电解质制备了电致变色器件。器件可以在2.1V电压下发生由淡黄色到紫色的明显颜色变化,并且该颜色变化具有良好的可逆性与稳定性。所制备的器件的光学对比度达到62.19%,良好的电致变色性能使该化合物在电致变色器件方面具有潜在应用价值。