亲水性红色至透明电致变色聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种亲水性红色至透明电致变色聚合物，其结构式如下：其中，n为聚合度，取8

【技术实现步骤摘要】
亲水性红色至透明电致变色聚合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电致变色聚合物
，具体涉及一种亲水性红色至透明电致变色聚合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电致变色材料的原理是在外电场作用下能够发生可逆的氧化还原反应，并表现出外观颜色以及红外特性的变化，在智能窗、军事伪装等领域具有广阔的应用前景。导电聚合物作为电致变色材料的一种，相比于无机电致变色材料、紫精小分子电致变色材料等，具有颜色变换丰富、响应速率快、稳定性高等优点，因此成为电致变色领域研究与应用的热点。但一直以来，导电聚合物基电致变色薄膜主要采用电沉积方法的制备，导致其在大面积稳定制备方面存在较大问题，并且沉积的薄膜几乎不能溶解，无法进一步的处理，大大限制了其应用。
[0003]为实现导电聚合物的可溶解性，最常见的方法是引入长链的烷基和羧酸盐基团，前者可实现聚合物在油性溶剂如甲苯、氯仿等溶剂体系的溶解，后者则使聚合物溶于水性溶剂体系。由于水性体系的聚合物性能相对较差，且易与电解质体系发生反应，因此目前研究的可溶性聚合物仍以油性为主，且主要集中于聚丙撑二氧噻吩体系(ProDOT)，其他体系相对研究及应用较少。另外，为实现三基色之一的红色至透明变换，导电聚合物通常需要较高的带隙，而目前常见的二氧噻吩单元均具有较低的能带范围，使其在红色电致变色材料的实现上具有一定的难度，部分已实现的红色至透明变换电致变色材料也存在稳定性不足等问题。因此，开发新型可溶液处理且性能优异和稳定的红色至透明电致变色聚合物仍是电致变色领域需要解决的难题。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提供一种新的可溶液处理、性能优异且具有较好亲水性的红色至透明电致变色聚合物，所述电致变色聚合物在外加电场作用下可实现由红色至透明的高对比度颜色变换，响应迅速，具有良好稳定性，其稳定变色数百次后几乎没有对比度的衰减；聚合物还可在有机溶剂中溶解，有利于进一步的工艺处理和应用。所述聚合物形成的薄膜与水的接触角小于40度，具有较好的亲水性，更易在导电基底上大面积成膜，与基底结合牢固。本专利技术还涉及该聚合物的制备方法和应用。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种亲水性红色至透明电致变色聚合物，其结构式如下：
[0009][0010]其中，n表示聚合度，n取8
‑
100的自然数；R1和R2独立为3
‑
10个碳的直链醚，且其中氧原子数量为2
‑
10个。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种式A所示红色至透明电致变色聚合物的制备方法，所述方法为：采用式C所示化合物与式B所示化合物为合成单体，将合成单体加到有机溶剂中，并向有机溶剂中加入有机酸、弱碱和钯类催化剂，在惰性气体保护条件下，加热进行芳基化偶联聚合反应，制得式A所示红色至透明电致变色聚合物；
[0012]反应过程如下：
[0013][0014]其中，n表示聚合度，n取8
‑
100的自然数；R为溴、氯或碘；R1和R2独立为3
‑
10个碳的直链醚基，且其中氧原子数量为2
‑
10个。R1和R2的结构并不影响式A所示聚合物的变色性能，如优选地，R1与R2相同，为
‑
(OCH2)4‑
CH3。
[0015]根据本专利技术的较佳实施例，其中，所述有机酸为特戊酸或叔癸酸；所述无机弱碱为碳酸钾、碳酸铯或醋酸钾；所述钯类催化剂为乙酸钯。
[0016]根据本专利技术的较佳实施例，其中，所述有机溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺或N,N
‑
二甲基丙酰胺。
[0017]根据本专利技术的较佳实施例，其中，式C所示化合物与式B所示化合物的摩尔比控制为1:1。
[0018]根据本专利技术的较佳实施例，其中，所述无机弱碱与式B所示化合物的摩尔比为2
‑
4:1；有机酸与式B所示化合物的摩尔比为0.08
‑
0.2:1；所述钯类催化剂与式B所示化合物的摩尔比为0.03
‑
0.05:1。
[0019]根据本专利技术的较佳实施例，其中，加热至120
‑
140℃反应36
‑
72h。
[0020]根据本专利技术的较佳实施例，其中，反应结束后，冷却至室温，将反应液滴入至冷甲
醇中进行沉淀，干燥过滤沉淀物；再分别以甲醇、正已烷和氯仿进行索氏提取，将氯仿提取液浓缩，再滴入至冷甲醇中沉淀，过滤干燥，即得到式A所示红色至透明电致变色聚合物。
[0021]第三方面，本专利技术还涉及式A所示红色至透明电致变色聚合物在制备电致变色薄膜和电致变色器件中的应用。
[0022]根据本专利技术的较佳实施例，所述电致变色薄膜为将式A所示红色至透明电致变色聚合物溶解在有机溶剂中形成溶液或浆料，然后将所述溶液或浆料涂布在导电基材表面或光洁板体表面并干燥制得。其中，有机溶剂可使用甲苯或二氯甲烷。
[0023]根据本专利技术的较佳实施例，所述电致变色器件包括依次层叠的上电极层、电解质层、电致变色薄膜和下电极层，所述电致变色薄膜为由式A所示红色至透明电致变色聚合物形成的薄膜。
[0024](三)有益效果
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术以具有直链醚取代的2，5
‑
二溴
‑
3，4
‑
丙撑二氧基噻吩(式C所示化合物)和式B所示结构的分子为合成单体，将二氧基噻吩作为嵌入单元引入至式A所示聚合物主链结构中，制备的聚合物利用式B所示结构造成的空间位阻以及其内部苯环所具有的吸电子效应，结合二氧噻吩内较强的供电子侧链基团，使聚合物的分子吸收位于蓝光区而显示红色；由于式B所示分子结构中引入了长链烷基基团，减弱了分子间的相互作用，使聚合物可溶解在有机溶剂如甲苯、二氯甲烷等之中，有利于聚合物的可溶液化处理，有利于制作大面积电致变色薄膜等应用工艺，例如采用喷涂或者刮涂方式成膜。式C所示化合物中所带的直链醚R1、R2带有大量氧原子，使聚合物成膜后的表面张力明显增加，与水的接触角很小，表现出较好的亲水性，更易于在导电基底上大面积成膜，与导电基底结合牢固强度大。
[0027]经实验证明，本专利技术制备的式A所示红色至透明电致变色聚合物溶解在有机溶剂中制成溶液或浆料后，经喷涂或刮涂成膜，可实现高对比度的红色至透明态间转换，且具有驱动电压低、响应速率快、稳定性高等特点，适用于制作电致变色器件。经测试，聚合物薄膜应用的阶跃电位为0V和1.2V，电压的驻留时间分别为5s和40s，透过率对比度为62％，着色和褪色时间分别为1.1s和6.6s左右；经测试聚合物的电化学稳定性，方波电位扫描500次依然保持良好的稳定性，表明该聚合物具有良好稳定性。
附图说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水性红色至透明电致变色聚合物，其特征在于，结构式如下：其中，n表示聚合度，n取8
‑
100的自然数；R1和R2独立为3
‑
10个碳的直链醚，且其中氧原子数量为2
‑
10个。2.一种式A所示红色至透明电致变色聚合物的制备方法，其特征在于，所述方法为：采用式C所示化合物与式B所示化合物为合成单体，将合成单体加到有机溶剂中，并向有机溶剂中加入有机酸、弱碱和钯类催化剂，在惰性气体保护条件下，加热进行芳基化偶联聚合反应，制得式A所示红色至透明电致变色聚合物；反应过程如下：其中，n表示聚合度，n取8
‑
100的自然数；R为溴、氯或碘；R1和R2独立为3
‑
10个碳的直链醚基，且其中氧原子数量为2
‑
10个。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，式C所示化合物中，R1与R2相同，为
‑
(OCH2)4‑
CH3。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸为特戊酸或叔癸酸；所述无机弱碱为碳酸钾、碳酸铯或醋酸钾；所述钯类催化剂为乙酸钯；所述有机溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺或N,N
‑
二甲基丙酰胺。5.根据权利要求2所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世国，陶益杰，刘华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：