主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 四川大学     

基本信息

项目名称:
基于导电聚合物PEDOT-FE的新型电致变色器件
小类:
能源化工
简介:
电致变色是指在电压的作用下或者在电子转移的过程中材料发生颜色的变化的现象。本项目通过有机合成的方法研制了一种新型的电致变色材料—EDOT-FE,并且探讨了其在电致变色器件方面的应用。该物质聚合后,具有很好的光电转化性能,响应时间短,对比度大,同时基于PEDOT-FE膜和聚(3,4-二氧乙撑噻吩)膜制成的器件能在暗红色的中性态和暗蓝色的氧化态之间转变,使其具有广泛的应用前景。
详细介绍:
在最近的研究中,有关导电聚合物的研究越来越多。研究的热点主要集中在聚噻吩、PEDOT、聚芴以及其衍生物。通过电化学合成的方法对其进行研究发现,这些导电聚合物具有很好的电化学活性、氧化还原活性、热学稳定性、良好的光谱电化学性质。此外,导电聚合物通过电子在共轭结构中的传递,使聚合物呈现出多种颜色。作为具有潜力的一类电致变色材料,导电聚合物除具有质量轻、厚度薄、可用于大面积和多色显示外,还具有成本低、视角大、非发射显示、容易调节灰度等优点。 3,4-二氧乙撑噻吩(EDOT)的聚合物(PEDOT)具有良好的电致变色性能,但是其热稳定性不是很理想,这在一定程度上限制了其应用,于是许多科学家致力于研究对EDOT单体进行修饰,通过相应基团调节改善PEDOT的性能,以进一步拓宽其应用空间。最近研究发现芴(FE)的聚合物(PFE)具有良好的电化学性质和良好的热稳定性。如果制备基于FE与EDOT的新型单体,该新型单体可能会具有EDOT和FE的优点,这可能对于提高其电致变色性能、电化学性能以及热稳定性具有一定的意义。 本项目以EDOT与2,7-二溴芴(FE)为原料,通过有机合成的方法制备了一种新型单体材料EDOT-FE,利用电化学合成方法制备了高性能的导电聚合物材料(PEDOT-FE)。在新复合材料的聚合过程中,EDOT不仅改变了2,7-二溴芴不能聚合的特点,而且作为一种供电子集团,降低了聚合时的氧化电位,使合成的新型单体材料EDOT-FE能够在较低的氧化电位下通过电化学直接聚合,避免了高电位聚合产生的副反应。通过研究PEDOT-FE结构与电致变色性能之间的关系,得到了具有优异光对比度、着色效率、亮度、超快响应时间和良好稳定性的新型高性能电致变色器件,拓宽了PEDOT在电致变色器件领域的应用范围。

作品图片

  • 基于导电聚合物PEDOT-FE的新型电致变色器件
  • 基于导电聚合物PEDOT-FE的新型电致变色器件
  • 基于导电聚合物PEDOT-FE的新型电致变色器件

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

作品目的和基本思路:基于上述讨论,本作品利用EDOT与2,7-二溴芴为原料通过有机合成方法制备了一种新型有机单体(EDOT-FE),并利用电化学方法制备了相应的导电聚合物(PEDOT-FE),在此基础上研制了基于PEDOT-FE的高性能新型电致变色器件。 本项目的创新点:(1)利用有机合成方法制备了一种新型的有机单体EDOT-FE,该物质同时具有EDOT和FE的性质,可以在二氯甲烷中直接电化学聚合制备相应的导电聚合物(PEDOT-FE);(2) PEDOT-FE具有优良的电致变色性能,能在蓝色与红色之间转化;(3)研制的新型电致变色器件,具有优良的光电转化性能,响应时间短,对比度大,着色效率高,这为其实际应用奠定了良好基础。 技术关键:(1)制备新型单体EDOT-FE。(2)利用电合成方法制备导电聚合物PEDOT-FE。(3) PEDOT-FE表征。(4) 电致变色性能研究。(5)研制电致变色器件。 主要技术指标:制备的PEDOT-FE具有较高的氧化还原活性和良好的热稳定性,具有很好的光电转化性能,不仅响应时间短,而且光对比度大。基于PEDOT-FE研制的电致变色器件具有良好的稳定性和光记忆能力,具有较短的相应时间以及较大的光对比度。

科学性、先进性

(1)本项目率先通过EDOT与FE合成了一种新型单体EDOT-FE,该单体具有EDOT和FE各自良好的性能,有利于丰富有机电致变色材料的种类。 (2)首次研制了基于新型单体EDOT-FE的电致变色器件。该电致变色器件具有较好的光对比度、着色效率、响应时间以及光记忆等性能,这有利于拓宽PEDOT和PFE材料在电致变色领域的应用空间。 (3)探索导电聚合物结构与电致变色效应之间的关系。探讨了相应聚合物电致变色性质的变化,研究了PEDOT-FE结构与性能之间的关系,这对丰富导电聚合物的电致变色性能研究和应用将具有重要的理论意义和价值。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

模型、图片

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

电致变色是指某些材料在电压或电流作用下,导致材料颜色发生可逆连续变化的现象。本作品利用有机合成方法制备了一种新型的有机单体EDOT-FE,该物质直接电化学聚合制备了相应的导电聚合物(PEDOT-FE),在此基础上研制了高性能电致变色器件,具有优良的光电转化性能,响应时间短,对比度大,着色效率高,这为其实际应用奠定了良好基础。该电致变色器件在汽车后视镜、智能窗、电致变色器件和抗静电材料等方面具有较高的应用价值。如果该材料能应用于上述产品,不仅能丰富各种产品的颜色,也能够优化相应产品质量,对于高端的用品市场而言能产生很好经济效益。

同类课题研究水平概述

目前,国际上有机光电材料的合成以及器件的研究十分活跃,其中导电聚合物的电致变色性能的研究引起了各国科学家、产业界和政府部门的重视。因为导电聚合物具有比无机材料更优越的特点:优越的着色效率、快速响应能力、一种物质拥有多种颜色和易改变的聚合物能带。另外,导电聚合物的电致变色与液晶显色一样都属于无辐射的显色,且导电聚合物的显色还有记忆功能和无限制的可视角度。导电聚合物的中性态和导电态具有不同的吸收光谱特性,因而具有不同的颜色,并且其中性态和导电态可以通过控制电化学氧化还原电位进行变化,这一特性的应用就是电致变色显示。导电聚合物中的π电子占据的最高能级和未占据的最低能级之间的能隙(Eg) 决定了这些材料内在的光学和电学性质,可以通过掺杂和去掺杂来控制这些材料的光学性质,在掺杂的过程中引入极子、孤子、双极子等载流子,随着掺杂程度由小到大的变化,在分子的导带(CB) 和价带(VB) 之间依次出现极子能级、双极子能级、双极子能带,价带电子向不同能级跃迁,使光谱发生变化。如果在一定范围内控制电压的大小,通过电压改变掺杂程度,从而导致有机聚合物在可见光区的吸收不同,显示出颜色的变化,就发生了电致变色现象。 我们前期研究发现,通过有机合成的方法,对具有良好聚合性能的EDOT单体进行修饰,可以形成一种新型的复合材料,该材料不仅可以直接电化学聚合,并且具备了EDOT及该类物质的双重优良性能。我们认为该新型聚合物理应具有好的电致变色性能,初步的研究结果也证实了这一点。本作品利用EDOT与2,7-二溴芴(FE)为原料,通过有机合成方法制备了一种新型有机单体(EDOT-FE),并利用电化学方法制备了相应的导电聚合物(PEDOT-FE),在此基础上研制了基于PEDOT-FE的高性能电致变色器件。采用原位紫外-可见光谱电化学法研究了其电致变色性质,研究表明该电致变色器件具有高的光对比度、着色效率,具有较短的显色响应时间,具有良好的光记忆能力和稳定性。
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