强荧光电致变色共轭聚合物的设计与合成

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近年来,电致变色聚合物的相关基础研究已经得到了很大程度的发展,目前该领域的关注点除了开发全色彩、可溶制备的材料以外,还有制备高对比度、快速响应、稳定性好的材料和器件,以及发展具有诸如荧光-变色特性的多功能材料及相关应用。本论文(1)设计和合成了一系列基于3,6-烷氧基噻吩并[3,2-b]噻吩的电致变色共轭聚合物,并探讨了该系列聚合物中性态、氧化态光学吸收特性的调控策略,以及聚合物在溶液、薄膜和电化学掺杂/去掺杂情况下的荧光发射性质。首先,我们通过综合使用主、侧链调控策略对聚合物的中性态吸收光谱进行调节,希望得到中性态为红色的高性能电致变色聚合物。我们通过化学合成法制备了含有不同构筑版块的三个聚合物PDOTT-BT,PDOTT-Ph和PDOTT-Me Ph,其中可溶性聚合物PDOTT-Me Ph可由0-1.3 V电压驱动在红色与浅蓝色间切换,且具有可观的对比度、响应速率和稳定性,表明该工作成功实现了中性态吸收光谱调控的目标。该研究结果表明,共聚单元的替换可不同程度地影响聚合物的光学吸收特性,从而调控材料的中性态着色效果。进一步地,我们通过对比有、无烷氧侧链的噻吩对所构成聚合物的氧化态吸收光谱的影响,发现烷氧侧链的引入能有效提高聚合物薄膜氧化态的透过率。所得的噻吩单元被烷氧侧链取代的聚合物PDOTT-Ac DOT相比未取代的聚合物PDOTT-T表现出氧化态吸收光谱在可见光区更弱的吸收,且着色/褪色态间有更高的光学对比度。另外,我们对上述研究包含的电致变色聚合物的溶液荧光发射特性进行了观察、表征和比对,挑选出荧光性质相对明显的聚合物,并进一步研究他们的薄膜态发射光谱,发现PDOTT-Me Ph有较强的红光发射。进而,我们探究了电化学掺杂、去掺杂过程中PDOTT-Me Ph薄膜器件的荧光发射变化,发现荧光能被掺杂淬灭,且能在去掺杂过程中得到一定程度的恢复。结果表明,PDOTT-Me Ph是潜在的电控荧光-变色双功能材料。这些研究结果不仅为我们提供了一系列有应用潜力的材料,也启发我们进一步地探寻开发此类双功能材料及其应用的新思路。
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