喹喔啉类绿色电致变色聚合物及三电极器件的制备与性能

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maoht1980
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近年来,电致变色材料作为新兴的功能材料,已在商业显示领域中崭露头角,且多色显示特性对电致变色材料及器件应用至关重要。在电致变色材料中,导电聚合物因其结构设计简单、颜色种类丰富、响应速度快、光学对比度高、成本低廉而广受关注。在三原色中,绿色电致变色聚合物较难合成,原因在于聚合物在可见光区需有两个特征吸收峰(分别位于400和700 nm附近),且同时随电压变化。因此,合成新型绿色聚合物对于电致变色材料及器件发展和规模化应用具有推动意义。供体-受体(Donor-Acceptor)型聚合物可以通过改变D结构或A结构调节能隙,从而实现聚合物的颜色调控。本论文通过合理的结构设计得到一种绿色D-A型结构的单体材料,通过电化学聚合制备聚合物薄膜,并在此基础上设计组装一种新型三电极结构电致变色器件,实现多色显示。第一部分工作中,我们设计合成了一种以喹喔啉衍生物为受体,3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)为给体的D-A型单体材料5,8-双(2,3-二氢[3,4-B][1,4]二噁-5-基)-2,3-双(4-(十六烷氧基)苯基)喹喔啉(BOPEQ),引入聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为电极修饰层,利用电化学聚合法分别制备PBOPEQ和PBOPEQ-PEDOT:PSS薄膜。经扫描电子显微镜(SEM)测试发现PBOPEQ薄膜表面出现明显裂纹和局部隆起现象,而PBOPEQ-PEDOT:PSS薄膜则呈现均匀堆积的多孔结构。超声实验进一步证实引入的PEDOT:PSS修饰层使PBOPEQ成膜性以及薄膜与电极间附着力均得到较大改善。经循环伏安测试表明PBOPEQ-PEDOT:PSS薄膜比PBOPEQ薄膜具有更好的氧化还原活性和电荷储存能力。电致变色性能测试结果显示:相比于PBOPEQ薄膜(~25%和131.84 cm2?C-1),PBOPEQ-PEDOT:PSS薄膜在678 nm处具有更高光学对比度(~40%)和更大着色效率(230.84 cm2?C-1);而且聚合物薄膜PBOPEQ-PEDOT:PSS还表现出较好循环稳定性(5000 s循环后,仍保留初始透射率的90%)和优异的颜色记忆行为(氧化态撤掉电压后36 h内,其透视率基本无变化)。第二部分工作中,以第一部分工作制备的绿色聚合物PBOPEQ-PEDOT:PSS薄膜为电致变色层1,选择课题组合成的一种红色聚合物聚3,10-双(2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二噁基-5-基)-1-十二烷基-菲并咔唑(PDEP)薄膜为电致变色层2,离子储存层为预氧化的聚苯胺薄膜(Ox-PANI),设计组装新型三电极结构电致变色器件ECD(PBOPEQ-PEDOT:PSS/Ox-PANI/PDEP)。将电致变色层1和离子储存层组装成双电极器件ECD1(PBOPEQ-PEDOT:PSS/Ox-PANI),将电致变色层2和离子储存层组装成双电极器件ECD2(PDEP/Ox-PANI),并与三电极器件ECD(PBOPEQ-PEDOT:PSS/Ox-PANI/PDEP)进行对比分析。测试结果表明,相比双电极器件ECD1(颜色变化:绿-透)和ECD2(颜色变化:红-蓝),新型三电极器件ECD(颜色变化:棕色-红色-青色-蓝色)能够实现更多的颜色变化。因此,该种三电极结构器件为设计制备多色乃至全色显示的电致变色器件提供一种新的研究思路。
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