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题目:苯胺四聚体-PEG-苯胺四聚体的合成与自组装

关键词:苯胺四聚体,聚乙二醇,嵌段共聚物,自组装,电致变色

  摘要



刚柔两亲嵌段共聚物各嵌段之间以及嵌段与溶剂之间在一定条件下相互作用,使得嵌段共聚物发生自组装形成某种特定聚集态,该聚集态可能兼具某种特定性能,这一现象在仿生化学、光电材料及生物医药等领域均具有广泛的应用价值。

导电高分子聚苯胺制备工艺简单、导电率高、电致变色性能优异,但其在一般有机溶剂中溶解性差,从而成膜困难。研究发现,苯胺齐聚物和聚苯胺的光电性能相似,且在常用有机溶剂中溶解性较好。但其缺点在于苯胺齐聚物为刚性分子链,而电致变色结构中的离子传导材料多为聚乙二醇等柔性链高分子,导致两者之间相容性不好。针对以上缺点,本文设计合成低聚合度的苯胺四聚体和离子传导能力高的聚乙二醇的嵌段共聚物,将其制备成薄膜,重点研究其自组装行为、电化学性能和电致变色性能。

本文以氨基封端的苯胺四聚体为基础,以甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)为中间体制备了苯胺四聚体-聚乙二醇-苯胺四聚体(ANI4-PEG-ANI4,PEG600,Mn=600)嵌段共聚物,并对其结构进行了表征。

在ITO导电玻璃上将嵌段共聚物制备成薄膜,用原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和循环伏安(CV)等,重点研究了其在乙醇/DMF、DMF/甲苯、甲苯/THF三种溶解体系下的自组装行为,讨论了混合溶剂比、溶液静置时间、诱导溶剂、空气湿度、盐酸掺杂等因素对嵌段共聚物薄膜聚集态结构的影响。研究发现,通过改变上述影响因素,嵌段共聚物薄膜聚集态结构可以实现棒状、球状、中空柱状和密集网格状等多种形态的转变,且不同聚集态结构具有不同的电化学性能,从而获得兼具不同电化学性能的材料。并研究了三种溶解体系下典型聚集态结构薄膜的电致变色性能,研究发现,随电压升高,嵌段共聚物薄膜可以实现浅黄色-蓝色的转变。在PEG链段的作用下,嵌段共聚物薄膜与苯胺四聚体薄膜相比,最大对比度降低、响应时间和着色效率提高。随三种溶解体系下嵌段共聚物薄膜聚集态结构由棒状-球状-中空柱状结构的转变,嵌段共聚物薄膜的响应时间和着色效率逐渐提高,电致变色性能优于苯胺四聚体薄膜。