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基本信息

項目名稱：
基于導(dǎo)電聚合物PEDOT-FE的新型電致變色器件
小類：
能源化工
簡介：
電致變色是指在電壓的作用下或者在電子轉(zhuǎn)移的過程中材料發(fā)生顏色的變化的現(xiàn)象。本項目通過有機合成的方法研制了一種新型的電致變色材料—EDOT-FE，并且探討了其在電致變色器件方面的應(yīng)用。該物質(zhì)聚合后，具有很好的光電轉(zhuǎn)化性能，響應(yīng)時間短，對比度大，同時基于PEDOT-FE膜和聚(3,4-二氧乙撐噻吩)膜制成的器件能在暗紅色的中性態(tài)和暗藍色的氧化態(tài)之間轉(zhuǎn)變，使其具有廣泛的應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
在最近的研究中，有關(guān)導(dǎo)電聚合物的研究越來越多。研究的熱點主要集中在聚噻吩、PEDOT、聚芴以及其衍生物。通過電化學(xué)合成的方法對其進行研究發(fā)現(xiàn)，這些導(dǎo)電聚合物具有很好的電化學(xué)活性、氧化還原活性、熱學(xué)穩(wěn)定性、良好的光譜電化學(xué)性質(zhì)。此外，導(dǎo)電聚合物通過電子在共軛結(jié)構(gòu)中的傳遞，使聚合物呈現(xiàn)出多種顏色。作為具有潛力的一類電致變色材料，導(dǎo)電聚合物除具有質(zhì)量輕、厚度薄、可用于大面積和多色顯示外，還具有成本低、視角大、非發(fā)射顯示、容易調(diào)節(jié)灰度等優(yōu)點。 3,4-二氧乙撐噻吩(EDOT)的聚合物（PEDOT）具有良好的電致變色性能，但是其熱穩(wěn)定性不是很理想，這在一定程度上限制了其應(yīng)用，于是許多科學(xué)家致力于研究對EDOT單體進行修飾，通過相應(yīng)基團調(diào)節(jié)改善PEDOT的性能，以進一步拓寬其應(yīng)用空間。最近研究發(fā)現(xiàn)芴（FE）的聚合物（PFE）具有良好的電化學(xué)性質(zhì)和良好的熱穩(wěn)定性。如果制備基于FE與EDOT的新型單體，該新型單體可能會具有EDOT和FE的優(yōu)點，這可能對于提高其電致變色性能、電化學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性具有一定的意義。 本項目以EDOT與2,7-二溴芴(FE)為原料，通過有機合成的方法制備了一種新型單體材料EDOT-FE，利用電化學(xué)合成方法制備了高性能的導(dǎo)電聚合物材料(PEDOT-FE)。在新復(fù)合材料的聚合過程中，EDOT不僅改變了2,7-二溴芴不能聚合的特點，而且作為一種供電子集團，降低了聚合時的氧化電位，使合成的新型單體材料EDOT-FE能夠在較低的氧化電位下通過電化學(xué)直接聚合，避免了高電位聚合產(chǎn)生的副反應(yīng)。通過研究PEDOT-FE結(jié)構(gòu)與電致變色性能之間的關(guān)系，得到了具有優(yōu)異光對比度、著色效率、亮度、超快響應(yīng)時間和良好穩(wěn)定性的新型高性能電致變色器件，拓寬了PEDOT在電致變色器件領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

作品圖片

  • 基于導(dǎo)電聚合物PEDOT-FE的新型電致變色器件
  • 基于導(dǎo)電聚合物PEDOT-FE的新型電致變色器件
  • 基于導(dǎo)電聚合物PEDOT-FE的新型電致變色器件

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品目的和基本思路:基于上述討論，本作品利用EDOT與2,7-二溴芴為原料通過有機合成方法制備了一種新型有機單體（EDOT-FE），并利用電化學(xué)方法制備了相應(yīng)的導(dǎo)電聚合物（PEDOT-FE），在此基礎(chǔ)上研制了基于PEDOT-FE的高性能新型電致變色器件。 本項目的創(chuàng)新點：(1)利用有機合成方法制備了一種新型的有機單體EDOT-FE，該物質(zhì)同時具有EDOT和FE的性質(zhì)，可以在二氯甲烷中直接電化學(xué)聚合制備相應(yīng)的導(dǎo)電聚合物（PEDOT-FE）；(2) PEDOT-FE具有優(yōu)良的電致變色性能，能在藍色與紅色之間轉(zhuǎn)化；(3)研制的新型電致變色器件，具有優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)化性能，響應(yīng)時間短，對比度大，著色效率高，這為其實際應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。 技術(shù)關(guān)鍵:(1)制備新型單體EDOT-FE。(2)利用電合成方法制備導(dǎo)電聚合物PEDOT-FE。(3) PEDOT-FE表征。(4) 電致變色性能研究。(5)研制電致變色器件。 主要技術(shù)指標(biāo)：制備的PEDOT-FE具有較高的氧化還原活性和良好的熱穩(wěn)定性，具有很好的光電轉(zhuǎn)化性能，不僅響應(yīng)時間短，而且光對比度大。基于PEDOT-FE研制的電致變色器件具有良好的穩(wěn)定性和光記憶能力，具有較短的相應(yīng)時間以及較大的光對比度。

科學(xué)性、先進性

(1)本項目率先通過EDOT與FE合成了一種新型單體EDOT-FE，該單體具有EDOT和FE各自良好的性能，有利于豐富有機電致變色材料的種類。 (2)首次研制了基于新型單體EDOT-FE的電致變色器件。該電致變色器件具有較好的光對比度、著色效率、響應(yīng)時間以及光記憶等性能，這有利于拓寬PEDOT和PFE材料在電致變色領(lǐng)域的應(yīng)用空間。 (3)探索導(dǎo)電聚合物結(jié)構(gòu)與電致變色效應(yīng)之間的關(guān)系。探討了相應(yīng)聚合物電致變色性質(zhì)的變化，研究了PEDOT-FE結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，這對豐富導(dǎo)電聚合物的電致變色性能研究和應(yīng)用將具有重要的理論意義和價值。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

模型、圖片

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

電致變色是指某些材料在電壓或電流作用下，導(dǎo)致材料顏色發(fā)生可逆連續(xù)變化的現(xiàn)象。本作品利用有機合成方法制備了一種新型的有機單體EDOT-FE，該物質(zhì)直接電化學(xué)聚合制備了相應(yīng)的導(dǎo)電聚合物（PEDOT-FE），在此基礎(chǔ)上研制了高性能電致變色器件，具有優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)化性能，響應(yīng)時間短，對比度大，著色效率高，這為其實際應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。該電致變色器件在汽車后視鏡、智能窗、電致變色器件和抗靜電材料等方面具有較高的應(yīng)用價值。如果該材料能應(yīng)用于上述產(chǎn)品，不僅能豐富各種產(chǎn)品的顏色，也能夠優(yōu)化相應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量，對于高端的用品市場而言能產(chǎn)生很好經(jīng)濟效益。

同類課題研究水平概述

目前，國際上有機光電材料的合成以及器件的研究十分活躍，其中導(dǎo)電聚合物的電致變色性能的研究引起了各國科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)界和政府部門的重視。因為導(dǎo)電聚合物具有比無機材料更優(yōu)越的特點：優(yōu)越的著色效率、快速響應(yīng)能力、一種物質(zhì)擁有多種顏色和易改變的聚合物能帶。另外，導(dǎo)電聚合物的電致變色與液晶顯色一樣都屬于無輻射的顯色，且導(dǎo)電聚合物的顯色還有記憶功能和無限制的可視角度。導(dǎo)電聚合物的中性態(tài)和導(dǎo)電態(tài)具有不同的吸收光譜特性，因而具有不同的顏色，并且其中性態(tài)和導(dǎo)電態(tài)可以通過控制電化學(xué)氧化還原電位進行變化，這一特性的應(yīng)用就是電致變色顯示。導(dǎo)電聚合物中的π電子占據(jù)的最高能級和未占據(jù)的最低能級之間的能隙(Eg) 決定了這些材料內(nèi)在的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，可以通過摻雜和去摻雜來控制這些材料的光學(xué)性質(zhì)，在摻雜的過程中引入極子、孤子、雙極子等載流子，隨著摻雜程度由小到大的變化，在分子的導(dǎo)帶(CB) 和價帶(VB) 之間依次出現(xiàn)極子能級、雙極子能級、雙極子能帶，價帶電子向不同能級躍遷，使光譜發(fā)生變化。如果在一定范圍內(nèi)控制電壓的大小，通過電壓改變摻雜程度，從而導(dǎo)致有機聚合物在可見光區(qū)的吸收不同，顯示出顏色的變化，就發(fā)生了電致變色現(xiàn)象。 我們前期研究發(fā)現(xiàn)，通過有機合成的方法，對具有良好聚合性能的EDOT單體進行修飾，可以形成一種新型的復(fù)合材料，該材料不僅可以直接電化學(xué)聚合，并且具備了EDOT及該類物質(zhì)的雙重優(yōu)良性能。我們認(rèn)為該新型聚合物理應(yīng)具有好的電致變色性能，初步的研究結(jié)果也證實了這一點。本作品利用EDOT與2,7-二溴芴(FE)為原料，通過有機合成方法制備了一種新型有機單體(EDOT-FE)，并利用電化學(xué)方法制備了相應(yīng)的導(dǎo)電聚合物(PEDOT-FE)，在此基礎(chǔ)上研制了基于PEDOT-FE的高性能電致變色器件。采用原位紫外-可見光譜電化學(xué)法研究了其電致變色性質(zhì)，研究表明該電致變色器件具有高的光對比度、著色效率，具有較短的顯色響應(yīng)時間，具有良好的光記憶能力和穩(wěn)定性。
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