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EDOT |126213-50-1|和P3C共聚物的电致变色性能研究

2017-4-6
        电致变色是在电流或电场的作用下,材料的透过率、反射率、吸收率等光学属性发生可逆、稳定变化的现象,在外观上表现为透明度及颜色的可逆变化。具备电致变色性能的材料称为电致变色材料,主要由无机金属氧化物,有机小分子和导电聚合物三大类材料构成。其中导电聚合物电致变色材料因具有结构种类繁多、颜色变化明显等优点成为近年来的研究热点。近期,有研究人员将3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)与其他单体共聚,研究其变色性能。
        在众多的导电高分子聚合物中,PEDOT是一种具有较快响应速度和较高对比度的电致变色材料,其优异的电致变色性能激起了广大研究学者的兴趣。在外电压信号作用下,PEDOT经过掺杂阴离子与电子的注入与抽出发生共轭结构的可逆变化,表现出氧化态的透明蓝色与还原态深蓝色之间的可逆变换。
PEDOT发光原理
        但PEDOT在不同电位下只有2种颜色变化,即负电位下呈现深蓝色,正电位下呈现淡蓝色。为了丰富电致变色材料的颜色显示,张诚等人[1]将EDOT和吡咯-3-甲酸(P3C)进行共聚,实现多色显示。作者按EDOT和P3C物质的量比1:1,3:1,5:1,10:1进行电化学共聚,制得了4种聚(3,4-乙烯二氧噻吩-吡咯-3-甲酸)薄膜,并依次命名为P(EDOT:P3C)-1,P(EDOT:P3C)-3,P(EDOT:P3C)-5和P(EDOT:P3C)-10。
聚(3,4-乙烯二氧噻吩-吡咯-3-甲酸)反应
        EDOT和P3C的最大吸收峰都位于紫外区,而其共聚生成的薄膜的吸收波长发生了显著的红移,P(EDOT:P3C)-1在500nm处有1个可见光区的最大吸收峰,P(EDOT:P3C)-3的最大吸收峰波长位于520nm附近,P(EDOT:P3C)-5的最大吸收峰波长为561nm,P( EDOT:P3C)-10的最大吸收峰波长为585nm。聚合物吸收峰的红移表明,聚合物分子链的共轭长度比相应单体的更大,同时也证明了单体聚合的发生。
        电化学分析结果表明,这4种共聚物薄膜在不同的电压下能显示至少3种颜色变化。随着电压的逐步升高,聚合物膜出现淡紫色到蓝色的颜色转变。P(EDOT:P3C)-1在不同电压下的颜色变化最明显,在中性态下的吸收峰位于500nm,聚合物膜呈现红褐色,当电压升高到1.2V时,500nm处的吸收峰减弱,在700~1100nm处出现了增强的吸收带,颜色也转变为的蓝色;P(EDOT:P3C)-3和P(EDOT:P3C)-5在中性态下分别在523和561nm处出现了明显的吸收峰,该现象是由于聚合物共轭结构中EDOT单元增多引起的,此时聚合物呈现紫色,当电压升高到1.2V时,聚合物膜也在700~1100nm附近出现增强的吸收带,聚合物膜的颜色发生浅紫到淡蓝色的变化。P(EDOT:P3C)-10在582nm处出现较强吸收,逐渐接近于PEDOT在此波段范围内的吸收,此时聚合物膜呈现深紫色。
        研究人员通过电化学共聚的方法制备了4种基于EDOT和P3C的共聚物薄膜,并通过测试表明,与PEDOT相比,4种共聚物薄膜都具有优良的电致变色性能,展示出更丰富的颜色变化。其中P(EDOT:P3C)-1的性能最为突出,具有更丰富的颜色变化,以及较好的电化学活性和较高的光学对比度。而且吡咯-3-甲酸(P3C)除具有独特的光学和电学特性之外,而且成本较低,具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 吕耀康, 刘幼幼, 潘云, 等. 基于3,4-乙烯二氧噻吩和吡咯-3-甲酸的共聚物薄膜的制备、表征及电致变色性能. 高等学校化学学报, 2017, 38, 484-494.
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                  PEDOT