有机噻吩类衍生物作为电致变色材料*

噻吩类衍生物包括聚噻吩衍生物和齐聚噻吩衍生物。本文从有目的地设计、合成噻吩类衍生物的角度出发,探索了其作为电致变色材料的应用,综述了噻吩类衍生物作为电致变色材料的最新研究进展。     

固态导电聚合物多色电致变色器件的制备

制备了基于聚3-甲基噻吩(P3MeT)和聚苯胺(PANI)的两种结构(侧面结构和垂直结构)固态导电聚合物多色电致变色器件(ECD). 采用电化学现场紫外-可见光谱法研究了侧面结构固态ECD的电致变色特性, P3MeT-ECD显示出蓝色和红色的可逆变化, PANI-ECD显示出墨绿色和黄绿色的可逆变化, 同时采用P3MeT和PANI作变色材料的P3MeT-PANI-ECD可以实现红、蓝、墨绿和草绿多色变化. 用激光雕刻微型化P3MeT-PANI变色层组装制得的侧面结构固态P3MeT-PANI-ECD控制合适电压也可多色变化. 另外, 用CeO₂-TiO₂作为P3MeT-PANI对电极的垂直结构固态P3MeT-PANI-ECD在实现红、蓝、墨绿和草绿多色变化的同时, 也可进行四色自由搭配选择.     

P(VAc-MA)/PMMA为基体的聚合物电解质制备及其在电致变色器件中的应用

以醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)为单体, 采用半连续种子乳液聚合法制备了无规共聚物P(VAc-MA), 以PMMA与P(VAc-MA)的共混物为基体制备了聚合物电解质. 用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、紫外光谱(UV)、力学性能测试及电化学交流阻抗等方法研究了聚合物、聚合物膜和聚合物电解质的性质. 结果表明, VAc与MA通过打开各自的CC键聚合生成P(VAc-MA); P(VAc-MA)与PMMA共混后结晶状态发生了变化, 增加了无定形相区, 降低了链段运动的能量壁垒, 提高了热稳定性和拉伸强度. 以P(VAc-MA)/PMMA为基体的聚合物电解质膜具有很高的透明性, 最大室温电导率达到1.17×10-3 S/cm; 离子电导率随着温度的升高而迅速增加, 电导率-温度曲线符合Arrhenius方程; 将此电解质用于全固态电致变色显示器件显示出优良的性能.     

水溶性共轭聚电解质

水溶性共轭聚电解质主要是指含离子型官能团侧链的共轭聚合物,可在水或其它极性有机溶剂中能够溶解。这类化合物把传统共轭聚合物的光电性质和聚电解质的水溶性特点结合在一起,显示出的一些独特性质,可在新一代光电器件制作和化学生物荧光传感器中获得多样的应用。本文总结了近10年来报道的水溶性共轭聚电解质的结构特点和合成方法,以及对不同化学或物理条件下光物理性质的研究,归纳了它们在新一代光电器件制作和荧光传感中的应用,并在此基础上提出了水溶性共轭聚电解质研究中尚待解决的问题,并展望了水溶性共轭聚电解质的应用前景。     

三苯胺类自供能电致变色材料合成及器件开发

设计并合成了一种新型三苯胺衍生物: (4-((4-(二甲基氨基)苯基)(苯基)氨基)苄基)膦酸, 并研究了它的光谱电化学性质和光伏性质. 光谱电化学谱图表明该化合物具有电致变色性能: 通过施加不同电压, 该化合物薄膜可以在透明态和着色态之间转换, 且在629 nm处透过率对比度达到最大, 为64.2%. 由该材料组装成的自供能电致变色器件具有光伏性能, 光电转化效率可以达到0.32%. 和传统的光电变色器件相比, 该新型器件具有结构简单、制备成本低廉、绿色环保等特点, 预计在建筑、汽车、显示器等领域将有广泛的应用.     

基于无机电致变色材料的变色储能器件

电致变色和电化学储能的原理均是基于电荷在电极中的嵌入或脱出而发生的氧化还原反应,具有相同的电化学本质。将电致变色和电化学储能功能集成在一起的电化学器件即电致变色储能器件。以锂离子电池为代表的电化学储能器件已广泛商业化,单一功能的电致变色器件也已被广泛报道并有商业化应用,但有关电致变色储能器件的研究仍然停留在实验阶段。该类器件在电化学储能的同时,可以改变其在可见光甚至红外波段的透射率,并可用颜色指示器件的荷电状态,为电化学器件提供新的应用前景。电致变色储能器件主要包括电致变色超级电容器、电致变色电池和光驱动电致变色智能窗等。电致变色超级电容器和电致变色电池以同时具有电致变色效应和电荷存储性质的材料为正负电极,光驱动电致变色智能窗则还包括将光能转化为电能的光电转换部分。这些器件可用于建筑节能智能窗、静态显示、智能传感等。此外,在柔性基底上制备的可穿戴电致变色储能器件在智能服装、植入显示器和电子皮肤等方面具有应用潜力。本文从基本原理、研究进展和应用领域等方面对无机电致变色储能材料与器件进行综述,并提出未来的研究展望。     

低聚噻吩衍生物单体的合成及其聚合物薄膜的电致变色性能

合成了两种低聚噻吩衍生物单体:2,3':4',2'-三噻吩(I3T)和5,5'-二醛基-2,3':4',2'-三噻吩(OHC-I3T-CHO).通过电化学方法对单体I3T和OHC-I3T-CHO进行了聚合,制备了相应的聚噻吩衍生物.研究了聚噻吩衍生物薄膜的电致变色性能.当外加一定电压时,基于单体I3T的聚噻吩衍生物薄膜可以在淡黄色和淡蓝色之间发生可逆的颜色变化,基于单体OHC-I3T-CHO的聚噻吩衍生物薄膜能在红色和墨绿色间发生可逆的颜色变化.     

齐聚噻吩衍生物电致变色性质

合成了四种齐聚噻吩衍生物：5,5"-二氰基-2,2’:5’,2"-三噻吩 (DCN3T), 5,5"’-二氰基-2,2’:5’,2":5",2"’-四噻吩 (DCN4T), 5,5"’-甲氧基-2,2’:5’,2":5",2"’-四噻吩(DMO4T) 和 4,4"-二羧基-5,5"-二丙基-2,2’:5’,2"-三噻吩 (BP3T-DCOOH),研究了它们的电致变色性质,研究结果发现,这四种齐聚噻吩衍生物膜在电场作用下,可以发生可逆的颜色变化。     

导电聚合物基电致变色器件的研究进展

导电聚合物作为电致变色活性材料是目前最有应用前景的智能材料之一。本文概述了电致变色器件的基本结构和导电聚合物的电致变色机理,着重介绍了多种导电聚合物基电致变色器件的特点、组成及制备,并展望了未来电致变色器件的发展及应用趋势。     

聚噻吩类电致变色材料的研究进展

电致变色材料广泛应用于显示屏、智能窗、国防军事伪装等各方面,得到了人们的广泛关注。本文介绍了聚噻吩及其衍生物的变色机理,综述了聚噻吩、PEDOT、D-A型材料、D-A-D型材料、噻吩共聚物及其有机/无机纳米复合材料的性能及其研究进展,并简要介绍了噻吩类电致变色材料的应用前景,指出合成颜色变化丰富、稳定性和成膜性好、易加工、并有很好导电性能的D-A-D材料、共聚物及其有机/无机纳米复合材料是聚噻吩类电致变色材料发展的主要趋势。     

Preparation of a Star Network PEG-based Gel Polymer Electrolyte and Its Application to Electrochromic Devices

A star network polymer with a pentaerythritol core linking four PEG-block polymeric arms was synthesized, and its corresponding gel polymer electrolyte based on lithium perchlorate and plasticizers EC/PC with the character being colorless and highly transparent has been also prepared. The polymer host was characterized and confirmed to be of a star network and an amorphous structure by FTIR, ^1H NMR and XRD studies. The polymer host hold good mechanical properties for pentaerythritol cross-linking. Maximum ionic conductivity of the prepared polymer electrolyte has reached 8.83 × 10 ^-4 S·cm^-1 at room temperature. Thermogravimetry （TG） of the polymer electrolyte showed that the thermal stability was up to at least 150 ℃. The gel polymer electrolyte was further evaluated in electrochromic devices fabricated by transparent PET-ITO and electrochromically active viologen derivative films, and its excellent performance promised the usage of the gel polymer electrolyte as ionic conductor material in electrochrornic devices.     

固态聚苯胺电致变色器件的制备和性能

采用CeO2-TiO2复合物薄膜作为聚苯胺电致变色器件的对电极, 选用聚合物固态电解质(PE: PMMA-PC-EC-LiClO4), 构筑了新型双层结构(Dual-type)聚苯胺(PANI)固态电致变色(EC)器件. 用电化学现场紫外-可见光谱法表征了该EC器件(ITO|PANI||PE||CeO2-TiO2|ITO)的电致变色性能, 并与单层结构(Single-type)EC器件(ITO|PANI||PE|| ITO)进行了比较. 研究结果表明, 双层结构EC器件比单层结构EC器件的电致变色性能好, 如响应速度快, 循环寿命长. 同时, 考察了电解质组分对聚苯胺电致变色稳定性的影响. EC器件(ITO|PANI||PE||CeO2-TiO2|ITO)的颜色呈现由透明的黄色(-1.5 V, PANI vs. CeO2-TiO2)到蓝色(1.0 V)的可逆变化, 在700 nm处的透射率由42.19%变到13.35%, 经过150个循环, 其透射率差仍保持不变, 着色效率为152.1 cm2/C.     

Ag/WO3纳米复合膜的制备及其电致变色性质和器件的研究

通过真空镀膜方法制备的纳米Ag薄膜均匀致密, 表面光滑. 然后通过电化学方法在Ag纳米薄膜上沉积一层三氧化钨(WO3), 制备纳米Ag/WO3复合膜. 并在此基础上构筑五层式玻璃/ITO/纳米Ag-WO3复合膜/固态电解质/聚(3-甲基噻吩)/ITO/玻璃电致变色器件. 实验结果表明, 与传统的WO3膜相比, 纳米Ag/WO3复合膜具有更好的电化学活性、更高的对比度、更短的响应时间, 以及更好的稳定性. 由该复合膜组装的电致变色器件工艺简单, 电致变色性能良好.     

烯烃取代的紫罗精合成及全固态电致变色器件

合成了2种烯烃取代的紫罗精分子,通过核磁、红外和紫外测试技术对其结构进行了确证。循环伏安表明,它们都有2个明显的可逆氧化还原峰;并以PEO胶体聚电解质为离子导电层组装出了基于所合成化合物,低能耗、无辐射的全固态电致变色器件,总厚度约2.35mm,同溶液型电致变色器件相比较,全固态化可以提高器件在变色-褪色和开路延时记忆等方面的性能,且固态电致变色器件制作工艺相对简单,便于规模化生产。经优化后制作的电致变色器件施加1.1～3V的电压可产生明显的蓝色或紫色,断电后开路延时记忆可以达到3d。实验测试出大多数器件响应时间小于50ms,循环次数在百万次以上,主要性能指标已经达到电子墨水的显示要求。     

有机电致发光器件的界面问题研究进展

低驱动电压下有机电致发光器件(0ELD)中的界面结构对器件效率和寿命有重要影响。本文简要介绍近年来以多种分析技术和方法研究0ELD界面分子结构、能带结构、激发态特性及反应等获得的主要结果,并提出了目前该领域存在的一些问题及发展趋势。     

利用激基复合物发光的有机白光器件制备

以1,4-二(2-氰基-2-苯乙烯基)-2,5-二苯基苯(CNDPDSB)为发光层, N,N'-[3-萘基]-N,N'-二苯基[1,1'-二苯基]-4,4'-二胺(NPB)为空穴传输层, 8-羟基喹啉铝(Alq)为电子传输层, 制备了一种色度稳定的有机电致白光器件. 该器件的白光发射是由CNDPDSB与NPB界面形成的激基复合物发出的红光以及NPB与CNDPDSB发射的蓝光混合而成. 该白光器件的光谱稳定, 在工作电压(6~13 V)内, 色坐标由(0.33, 0.34)变化到(0.31, 0.37). 器件在6 V电压下开启, 10 V电压下的亮度和效率分别为1200 cd/m2和0.2 cd/A.     

高分子凝胶电解质及其在电色Smart窗中的应用

研究了高分子凝胶电解质高氯酸锂－碳酸丙烯酯－聚甲基丙烯酸甲酯体系（ＬｉＣｌＯ４－ＰＣ－ＰＭＭＡ）的离子导电性、导电机理以及在电色Ｓｍａｒｔ窗中的应用．其离子电导率与温度的关系服从Ｖｏｇｅｌ－Ｔａｍｍａｎｎ－Ｆｕｌｃｈｅｒ方程，并与体系的ＰＭＭＡ质量百分数、玻璃化温度（Ｔｇ）、碱金属盐的浓度等有关．当ＬｉＣｌＯ４浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ，ＰＭＭＡ＝３５％时，电解质具有良好的粘附性、光学透明度及较高的室温离子电导率（σ＝８．７５×１０－４Ｓ／ｃｍ）．由其组装成的全固态电色Ｓｍａｒｔ窗具有良好的光谱特性，可见光调制范围为４０％～６０％；具有良好的光开关特性，响应时间仅为５ｓ．