可溶性自掺杂电致变色聚噻吩及其颜色调控机理研究

为了获得具有较快电致变色响应速度的电致变色材料和构建结构简单的电致变色器件，本项目设计、合成含有自掺杂取代基和能溶解离子化合物的取代基的噻吩单体和齐聚物，采用电化学聚合和化学聚合方法制备具有双重功能的可溶性自掺杂电致变色聚噻吩导电聚合物。运用FTIR、XRD、AFM等手段考察自掺杂导电聚合物的化学结构、聚集态结构，及其薄膜的结构和形貌，研究取代基侧链和掺杂离子与聚噻吩高分子主链间的相互作用。通过研究不同电压作用下聚噻吩的电化学氧化还原性能和薄膜的吸收光谱、透射光谱变化，获得自掺杂聚噻吩的取代基种类、聚合度、共轭长度、成膜方法、聚集态结构对薄膜电致变色响应速度、颜色、效率和寿命等性能的影响规律。采用共聚手段和成膜方法调控聚合物薄膜的物理化学结构，实现具有优良电致变色性能的聚合物的可控制备，在此基础上构建结构简单、快速响应的电致变色器件。

聚噻吩及其衍生物在氧化态具有较高的导电性，且在掺杂态和去掺杂态具有明显的颜色变化，且电化学性能稳定，因此在节能显示器件、电致变色智能窗等领域具有很好的应用前景。为了获得具有较快电致变色响应速度的电致变色材料和构建性能优越的电致变色器件，本项目设计、合成和表征了一系列带有功能性官能团的噻吩单体和齐聚物。对这一系列带有磺酸基、醚氧基、羧基的噻吩单体和齐聚物的电化学聚合研究表明这些官能团对所得聚合物的导电性、溶解性、导电聚合物分子量和共轭长度均有非常重要的影响。对其电化学性能研究表明自掺杂官能团的引入使聚合物的电化学稳定性有一定程度的提高。通过对聚合物薄膜和电致变色器件的光谱电化学性能、可见光透射光谱、电致变色响应速率、循环寿命等性能研究发现，自掺杂官能团的引入能够明显提升材料的电致变色响应速率和循环寿命，但是同时会降低材料的透光率；而带有阳离子通道功能的醚氧基的取代噻吩均聚物则具有较高的透光率。将具有两种官能团的单体进行共聚，能够获得具有较高透光性和较快电致变色响应速率的综合性能优异的自掺杂电致变色材料。