咔唑类导电聚合物的合成、表征及电致变色性能研究.pdf

分类号 单位代码 10447
密级无学号 1010120503






硕士学位论文

论文题目咔唑类导电聚合物的合成、表征
及其电致变色性能研究





作者姓名徐彩霞
专业名称高分子化学与物理
指导教师姓名赵金生教授
学院化学化工学院
论文提交日期 2013 年 4 月
原创性声明

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聊城大学硕士学位论文

摘要

导电聚合物因其独特的光电性能而成为非常具有发展前景的材料。其中咔唑类导
电聚合物以其容易形成稳定的极子,拥有高电荷迁移率,电致变色特性和光化学稳定
性等各种有利的特性不断吸引着人们的研究热情。它在电致变色器件,空穴传输层,
静电复印,微腔光导,以及光伏元件等方面具有广泛的应用。咔唑类聚合物作为非常
重要的电致变色聚合物,具有突出的导电性和好的氧化还原性,在可见近红外区具有
高的光学对比度和快的响应时间。更重要的是咔唑类化合物易于在其刚性的咔唑环上
引入多种功能基,从而改变导电聚合物的结构,得到具有不同电致变色特性的聚合物。
本论文先对单体分子结构进行设计合成,然后通过电化学方法进行聚合,得到具
有独特性质的咔唑类新型电致变色材料。对电致变色材料进行表征和研究其在电致变
色器件方面的应用。
1. 通过Ullmann反应成功的合成了包含苯与咔唑单元的1,3-二(9-H咔唑) (BCB)单
体,并对该单体进行电化学聚合得到一种中性态无色的聚合物聚1,3-二(9-H咔唑)
(PBCB)。对聚合物的表征可知PBCB具有快的响应时间,高的光学对比度(%)和
合理的透明度,聚合物膜的颜色由透明的无色到黄绿色最后到绿色。用PBCB和
PEDOT制作了三明治型电致变色器件,该器件具有高的光学对比度和快的响应时间。
此外,该器件的中性态显示透明的蓝色,具有好的光学记忆稳定性和氧化还原稳定性。
2. 一种具有给供电子基团的D-A型单体4,7-二(9-H咔唑)苯并噻二唑(CBTD)
通过Ullmann反应进行合成。得到的聚合物以其特殊结构成功的对咔唑的光电性能进
行了调节。研究了聚合物的不同掺杂方式(p-型掺杂和n-型掺杂)并计算了它的电化
学禁带和光学禁带。聚合物膜在不同电压下显示多色(黄色,黄绿色,绿色,绿蓝色)。
聚合物膜在420和800 %%。由该聚合物制作的器
件具有高的光学对比度,快的响应时间和高的着色效率(1728 cm2 C–1)。
3. 一种星型单体三(4-(3,4-亚乙烯基二氧噻吩)苯基)胺(TEPA)被成功的合成,电
化学聚合得到一个具有多种颜色变化的聚合物PTEPA(黄绿色,绿色,蓝色,钢蓝色)。
去掺杂的聚合物膜在紫外可见光谱中有两个吸收带分别在448和686 nm处,且具有低
的光学禁带( eV)。对光学对比度和响应时间也进行了测量。值得关注的是由该
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聚合物制作的器件中性态显示绿色,并且有快的响应时间和好的稳定性。
4. 不同取代位置的两种单体1,4-二(2-(3,4-亚乙烯基二氧噻吩))萘(M1)
和2,6-二(2-(3,4-亚乙烯基二氧噻吩))萘(M2)被合成并进行电化学聚合。所
得的聚合物P1和P2用循环伏安,紫外可见光谱法和扫描电镜等方法进行表征。这两
个聚合物的电致变色性质被详细的研究,位置取代效应也被研究。研究结果表明取代
位点影响修饰聚合物的有效共轭链长,这提供了一个有效地调节光谱性质和提高聚合
物的电致变色性质。此外,我们还建构并表征了对应的聚合物与PEDOT组成的的双
层电致变色器件。
5. 一种新型的基于B