一种智能型光致变色材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种智能光致变色超分子材料及其制备方法和应用，超分子复合物由电子受体和电子给体组装形成，电子受体具有如式(I)所示结构的电子受体骨架，电子受体与电子给体经过孤对电子与π

【技术实现步骤摘要】
一种智能型光致变色材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光致变色材料领域，具体涉及一种智能型光致变色材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的进步，人们对于生活的品质要求越来越高，尤其体现在我们日常使用的材料方面，从传统的陶瓷到冶金以及后来的高分子材料。近年来，智能材料在我们日常生活中扮演重要的角色，如智能手机、智能机器人等等。自然界为我们开发各种新型材料提供了极好的蓝图，如向日葵向光性，扑蝇草捕捉昆虫、变色龙、鱿鱼、章鱼等头足节动物通过改变皮肤颜色来伪装自己、南美大闪蝶通过空气湿度来改变翅膀五彩斑斓的颜色等。因此，开发这种仿生的全智能材料成为新的研究方向和热点，其中这类材料最大的特点就是可以感知自然界的光、热、湿度、温度等自动调节材料的性能，从而通过集成的方式组装具有感知能力的全智能机器人。在这类材料中，光致变色材料是一类非常重要的刺激响应材料。目前工业上主要是三氧化钨、二氧化钛和卤化银等无机物通过高温蒸镀方法镀膜，这样不仅耗能，而且镀膜容易脱落，并且使用范围极其有限。近年来，有机光致变色材料取得了重要的进展，主要有偶氮苯、俘精酸酐、螺吡喃、二芳基乙烯等四类。这类材料的共同特点是通过控制入射光波长，可以可逆控制光致变色性能，因此主要作为分子开关广泛用于各类分子器件等领域。然而，在自然界体系中，我们制备的玻璃窗和防晒眼镜都是直接暴露在太阳光下的，其中包括部分紫外线和大部分可见光，这样，上述这类材料就失去了光致变色性能。因此，寻找新的有机体系，开发不仅能够全自动响应太阳光，而且能够与环境适应实现自我调节的仿生材料，使之能够在极端条件下的适应性军事伪装和智能眼镜，智能窗等领域展现独特的应用，是目前化学与材料学领域的难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种给
‑
受体的电荷转移超分子复合物，其由电子受体和电子给体组装形成，所述电子受体具有如式(I)所示结构的电子受体骨架，电子受体与电子给体经过孤对电子与π
‑
平面的相互作用路径实现电荷转移，从而表现出光致变色行为；
[0004][0005]其中，R1、R2相同或不同，彼此独立地选自无取代或任选被1、2个或更多个卤素、
C1‑
40
烷基、C1‑
40
烷氧基取代的下列基团：C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基；
[0006]选自无取代或任选被1个、2个或更多个R
a
取代的下列基团：
[0007][0007]为连接位点；
[0008]每个R
a
相同或不同，彼此独立地选自H、卤素、C1‑
40
烷基、C3‑
40
环烷基、C1‑
40
烷氧基，以及任选被卤素、C1‑
40
烷基、C3‑
40
环烷基、C1‑
40
烷氧基取代或未取代的C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基、C6‑
20
芳基氧基、5
‑
20元杂芳基氧基；
[0009]所述电子给体为富电子的有机分子，例如可以为含有孤对电子的有机溶剂分子，优选为二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)、N,N
‑
二甲基丙酰胺、N,N
‑
二甲基烯丙基胺、N,N
‑
二乙基氯甲酰胺、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基苯甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)和四氢呋喃(THF)中的一种、两种或更多种。
[0010]根据本专利技术的实施方案，R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C6‑
10
芳基、5
‑
14元杂芳基；例如吡啶基、苯基、咪唑基、三氮唑、四氮唑、吖啶基等。
[0011]根据本专利技术的实施方案，每个R
a
相同或不同，彼此独立地选自H、C1‑8烷基、C6‑
10
芳基、5
‑
10元杂芳基；例如，每个R
a
相同，均为H、甲基、乙基、苯基、巯基、氨基或
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述电子受体选自式(I
‑
1)至(I
‑
3)所示化合物中的任意一种：
[0013][0014]R1、R2、R
a
均具有如上文所述的含义。
[0015]示例性地，所述电子受体选自如下化合物中的至少一种：
[0016][0017]根据本专利技术示例性的实施方案，所述给
‑
受体的电荷转移超分子复合物由电子受体和电子给体组装形成；
[0018]所述电子受体选自式(I
‑
1)所示结构的化合物或者式(I
‑
2)所示结构的化合物，优选为化合物4
‑
pyNDI或9
‑
arNDI；
[0019]所述电子给体选自含有孤对电子的有机溶剂分子，优选DMF或DMAc；
[0020]电子受体与电子给体经过孤对电子与π
‑
平面的相互作用路径实现电荷转移，从而表现出光致变色行为。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述超分子复合物可以为电子受体与有机溶剂分子形成的共晶，也可以是电子受体自身形成的共轭结构。
[0022]根据本专利技术示例性的实施方案，由化合物4
‑
pyNDI和DMAc分子通过电荷转移组装形成的超分子复合物，将其记为4
‑
pyNDI
‑
DMAc，4
‑
pyNDI
‑
DMAc晶体的晶胞参数包括：α＝96.808(2)
°
,β＝90.660(2)
°
,γ＝91.724(2)
°
,空间群为P
‑
1。
[0023]根据本专利技术示例性的实施方案，由化合物4
‑
pyNDI和DMF分子通过电荷转移组装形成的超分子复合物，将其记为4
‑
pyNDI
‑
DMF，4
‑
pyNDI
‑
DMF晶体的晶胞参数包括：α＝90.110(16)
°
,β＝97.024(11)
°
,γ＝90.086(11)
°
,空间群为P
‑
1。
[0024]本专利技术还提供上述超分子复合物的一种制备方法，包括如下步骤：将化合物1与R1‑
NH2和/或R2‑
NH2在第一有机溶剂中混合、回流、静置结晶，得到所述超分子复合物；
[0025]其中，化合物1为其中，化合物1为R1、R2具有如上文所述的定义。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种给
‑
受体的电荷转移超分子复合物，其由电子受体和电子给体组装形成，所述电子受体具有如式(I)所示结构的电子受体骨架，电子受体与电子给体经过孤对电子与π
‑
平面的相互作用路径实现电荷转移，从而表现出光致变色行为；其中，R1、R2相同或不同，彼此独立地选自无取代或任选被1、2个或更多个卤素、C1‑
40
烷基、C1‑
40
烷氧基取代的下列基团：C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基；选自无取代或任选被1个、2个或更多个R
a
取代的下列基团：取代的下列基团：为连接位点；每个R
a
相同或不同，彼此独立地选自H、卤素、C1‑
40
烷基、C3‑
40
环烷基、C1‑
40
烷氧基，以及任选被卤素、C1‑
40
烷基、C3‑
40
环烷基、C1‑
40
烷氧基取代或未取代的C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基、C6‑
20
芳基氧基、5
‑
20元杂芳基氧基；所述电子给体为富电子的有机分子，例如为含有孤对电子的有机溶剂分子。2.根据权利要求1所述的超分子复合物，其特征在于，所述含有孤对电子的有机溶剂分子，优选为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、N,N
‑
二甲基丙酰胺、N,N
‑
二甲基烯丙基胺、N,N
‑
二乙基氯甲酰胺、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基苯甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和四氢呋喃中的一种、两种或更多种；优选地，R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C6‑
10
芳基、5
‑
14元杂芳基；例如吡啶基、苯基、咪唑基、三氮唑、四氮唑、吖啶基；优选地，每个R
a
相同或不同，彼此独立地选自H、C1‑8烷基、C6‑
10
芳基、5
‑
10元杂芳基；例如，每个R
a
相同，均为H、甲基、乙基、苯基、巯基、氨基或优选地，所述电子受体选自式(I
‑
1)至(I
‑
3)所示化合物中的任意一种：
R1、R2、R
a
均具有权利要求1或2所述的定义；优选地，所述电子受体选自如下化合物中的至少一种：
3.根据权利要求1或2所述的超分子复合物，其特征在于，给
‑
受体的电荷转移超分子复合物由电子受体和电子给体组装形成；优选地，所述电子受体选自式(I
‑
1)所示结构的化合物或者式(I
‑
2)所示结构的化合物，优选为化合物4
‑
pyNDI或9
‑
arNDI；优选地，所述电子给体选自含有孤对电子的有机溶剂分子，优选DMF或DMAc；优选地，所述超分子复合物可以为电子受体与有机溶剂分子形成的共晶，也可以是电子受体自身形成的共轭结构；优选地，由化合物4
‑
pyNDI和DMAc分子通过电荷转移组装形成的超分子复合物，将其记为4
‑
pyNDI
‑
DMAc，4
‑
pyNDI
‑
DMAc晶体的晶胞参数包括：
α＝96.808(2)
°
,β＝90.660(2)
°
,γ＝91.724(2)
°
,空间群为P
‑
1；优选地，由化合物4
‑
pyNDI和DMF分子通过电荷转移组装形成的超分子复合物，将其记为4
‑
pyNDI
‑
DMF，4
‑
pyNDI
‑
DMF晶体的晶胞参数包括：DMF晶体的晶胞参数包括：α＝90.110(16)
°
,β＝97.024(11)
°
,γ＝90.086(11)
°
,空间群为P
‑
1。4.权利要求1
‑
3任一项所述超分子复合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将化合物1与R1‑
NH2和/或R2‑
NH2在第一有机溶剂中混合、回流、静置结晶，得到所述超分子复合物；其中，化合物1为其中，化合物1为R1、R2具有权利要求1
‑
3任一项所述的定义；优选地，选自无取代或任选被1个、2个或更多个R
a
取代的下列基团：所述R
a
具有权利要求1
‑
3任一项所述的定义；优选地，所述第一有机溶剂为富电子的有机分子或醋酸分子，例如为含有孤对电子的有机溶剂或醋酸分子，优选地所述含有孤对电子的有机溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、N,N
‑
二甲基丙酰胺、N,N
‑
二甲基烯丙基胺、N,N
‑
二乙基氯甲酰胺、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基苯甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或四氢呋喃；优选地，当R
a
为H时，所述第一有机溶剂为富电子的有机分子；当R
a
不为H时，所述第一有机溶剂为醋酸分子；优选地，所述化合物1与R1‑
NH2和/或R2‑
NH2的摩尔比为1:(1
‑
10)，例如1:(1
‑
4)；优选地，所述R1‑
NH2和R2‑
NH2相同，例如为4
‑
氨基吡啶、3
‑
氨基吡啶、苯胺、2
‑
氨基咪唑、9
‑
氨基吖啶、5
‑
氨基四氮唑中的至少一种；优选地，所述化合物1与第一有机溶剂的质量体积比为1:(10
‑
100)g/mL，例如1:(20
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡小飞，卢灿忠，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：