[发明专利]一种黑色聚合物材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种黑色聚合物材料及其制备方法和应用。本发明基于混色理论，将在可见光区光谱互补的两种基于噻吩并[3,2‑b]噻吩衍生物的聚合物材料共聚，从而形成宽吸收的黑色聚合物。所述材料为化学聚合而得，聚合物薄膜颜色可随施加电位不同而在黑色和透明之间转变，具有合成简单、稳定性良好、响应速率较快、可溶液制备等特点，可以解决现有黑色电致变色材料饱和度不够高，响应时间长，合成复杂，不适合大规模生产等问题，推进黑色电致变色器件的商业化应用。

技术领域

本发明属于有机光电材料器件领域，特别涉及一种黑色聚合物材料及其制备方法与应用。

背景技术

电致变色材料的特征是在外电压驱动下，其光学性能可发生可逆和持久稳固的变化，外观上表现为颜色变化。自上世纪80年代起，关于有机电致变色材料的报道大幅出现，有机电致变色材料易进行分子设计，颜色变化种类多、变色响应速度快，可加工制备成柔性器件，且价格便宜，有良好的应用前景。导电聚合物是一类重要的有机电致变色材料，这类材料具有较高的比容量、良好的导电性和柔性，且分子结构多样可调易得到丰富多彩的颜色。

在电致变色领域，从中性态的黑色到氧化态呈现出透明的电致变色器件可以广泛的应用于后视镜，防护眼镜，显示器，智能窗，电子书等。从光谱的角度理解实现黑色的要求是吸收全部可见光区(400nm-800nm)的波长，同时，在可见光区的吸收曲线越接近矩形的均匀吸收则说明黑色越饱和。因此目前科学家们实现黑色电致变色主要从材料角度和从器件角度两个方面入手。

在黑色电致变色器件方面的研究主要以Reynolds课题组的工作为主，包括以下三种方法：首先是Reynolds在2009年提出的双电极(Dual electrodes)器件结构，但该器件的结构复杂，相当于将两个独立的电致变色器件结合在一起，厚度大大增加；因此，2011年Reynolds提出了一种相比于双电极器件结构更加简化的双层分子膜器件结构，但是该器件的响应慢而且没有得到令人满意的饱和黑色。2012年韩国延世大学的Eunkyoung Kim课题组也使用双层分子膜器件结构，但是他们使用了红黄蓝绿四种电致变色材料，制造了两个双层的分子膜，在Reynolds的基础上增加了双层分子膜器件结构的复杂程度；最后一种方法是2011年Reynolds课题组尝试过的将两种材料直接通过溶液混合的物理混合方法，但是通过10倍的显微镜对成膜情况的观察发现，直接溶液混合的膜出现了明显的相分离的现象，所以这种方法显然是不合适的。

上述的三种方法无论是双电极(Dual electrodes)器件结构还是双层分子膜(Bilayer film)器件结构面临的最大的问题是通过器件方面形成的黑色只能在一个固定的视角观察，也就是说在不同的角度看到的颜色可能是不同，因为无法排除不同面上形成的不同反射光，也就无法得到完全饱和的黑色。我们发现从器件角度出发的几种方式无法实现完全饱和的黑色，所以必须从材料的角度出发获得本征黑色的材料，2008年Reynolds课题组合成的D-A型嵌段聚合物，根据混色理论，他们将两种在可见光区光谱互补的材料通过化学反应的方式共聚，形成了在可见光区有宽吸收的聚合物。但该聚合物仍然存在黑度，亮度以及响应时间不够理想的问题，可以看到国内外对黑色电致变色材料颇高的研究兴趣，但是目前为止，仍然没有开发出完全饱和且对比度、响应时间等性能良好的黑色材料，所以黑色的电致变色材料还有充分的研究空间。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供的技术方案之一为：提供一种

本发明提供一种黑色电致变色聚合物材料，其分子结构式通式如图1所示，其中，Ar1处可为或或或等受体单元，形成光谱具有双峰形式的给受体单元。

其中，Ar2处为或或或或或或或等形成光谱具有单峰形式。

其中，R为-OC_nH_2n+1或-SC_nH_2n+1或或