电致变色是指材料的光学属性在外加电压的作用下发生稳定可逆的变化,外观上表现为颜色及透过率的变化。供体-受体-供体型(D-A-D)共轭聚合物作为典型的聚合物电致变色材料,通过调控分子结构易于获得低带隙、高性能电致变色材料。前期研究表明,将具有更强吸电子能力的受体单元引入聚合物材料中,能够降低聚合物LUMO能级,使光学吸收发生红移,降低光学带隙、获得高性能近红外电致变色材料。然而,相比较供体单元,受体单元的研究相对较为局限,受体结构与电致变色性能之间的相互关系仍有待进一步研究和探讨。异靛青结构本身具有强吸电子特性:内酰胺环具有强缺电子性,同时又可在其N原子上进行修饰并功能化,是潜在的良好受体单元结构之一,然而尚未引起关注。本文选择以异靛青类结构(IDOH和IDOD)为受体单元,以噻吩类结构如噻吩(Th)、3-己基噻吩(3HT)、3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)、双(3,4-乙撑二氧噻吩)(BisEDOT)为供体单元,设计合成了七种D-A-D型电致变色前驱体,并通过电化学聚合制备了相应聚合物。进一步系统探究了供体单元结构及烷基侧链等对前驱体和聚合物各项性能的影响规律,获得了高光学对比度、高着色效率、响应时间快、稳定性优异的聚合物电致变色新材料,初步探索了该此类聚合物在电致变色领域的应用。具体的研究内容和结论如下:1、以异靛青为受体单元、噻吩为供体单元,合成出两种D-A-D型聚噻吩类电致变色材料,研究了其电化学聚合行为及电致变色性能。合成了两种D-A-D型单体,即噻吩-己基异靛青-噻吩(IDOH-Th)、噻吩-十二烷基异靛青-噻吩(IDOD-Th),通过电化学聚合方法制备相应聚合物材料(PIDOH-Th、PIDOD-Th),对比研究了单体的电化学聚合行为、聚合物的电化学及电致变色性能。研究表明两种聚合物单体具有较低的起始氧化电位1.13/1.15 V,明显低于噻吩及其异靛青母体。制备的相应聚合物具有较好的依附性,但稳定性相对较差(500圈后保持60%的电化学活性)。由于更长的有效共辄长度,PIDOH-Th和PIDOD-Th吸收光谱相比较据大多数聚噻吩类材料具有明显的红移,光学带宽低至1.55/1.59 eV。同时聚合物材料在中性状态下呈现出浅灰色,在近红外光区展现出明显的电致变色性能(光学对比度:3～6%,着色效率:30～91 cm2 C-1,较快的响应时间0.4 s)。异靛青-聚噻吩类材料的研究,进一步拓展了受体单元的选择,拓展了电致变色材料的应用前景。2、引入3-己基噻吩作为供体单元,有效降低了异靛青-噻吩类D-A-D型聚合物的结构缺陷,改善了聚合物的电化学稳定性和电致变色性能。噻吩环上β位的引入烷基链能有效避免电聚合过程中的交叉偶联反应,降低聚合物薄膜的成膜电位,获得更加规整度更高的聚合物薄膜。基于此,选择3-己基噻吩为供体材料,IDOH/D为受体材料,合成了两种D-A-D型共轭单体(IDOH-3HT和IDOD-3TH),系统测试了其电化学较好行为,并测试了相应聚合物的电化学行为和电致变色性能。电化学行为研究表明,烷基链的引入进一步降低了氧化电位(1.10/1.13 V),有效避免了由于交叉偶联引起的结构缺陷,电化学活性和稳定性明显提高,明显优于异靛青-聚噻吩类电致变色聚合物材料,但由于烷基链的引入增大了空间位阻,氧化电位降低不明显。同时,烷基链的引入使光学吸收进一步红移,降低了聚合物光学带隙(153/1.58 eV),明显改善了聚合物电致变色性能,使聚合物呈现出蓝色到灰色可逆颜色变化,光学对比度高达50%,但是着色效率较低(66 cm2 C-1),响应时间比较长(2.4 s)。3、合成出异靛青-EDOT聚合物,通过继续增强供体供电子能力大幅提高了异靛青-噻吩类聚合物的电致变色性能及稳定性。为进一步降低聚合物带隙以增强其稳定性和电致变色性能,继续引入强供电子单元EDOT,设计合成出异靛青-EDOT共轭前驱体,前驱体展现出更低的氧化成膜电位,易于低电位电聚合获得高质量的异靛青-EDOT聚合物新材料。研究发现,EDOT单元的引入明显提高了异靛青类电致变色聚合物的氧化还原稳定性,聚合物在电位扫描4000圈后活性仍保持在92%以上,为实现器件化提供了可能性。异靛青-EDOT聚合物的光学带隙进一步降低至1.26 eV,且在氧化还原过程中可实现由中性态绿色到氧化态蓝色的可逆转变,各项电致变色性能参数优异,如近红外光区光学透过率高达59%,响应时间低至0.5 s,着色效率升可达362 cm2 C-1,同时具有优良的变色稳定性和光学记忆效应。4、强供电子单元BisEDOT的引入实现了异靛青-噻吩类聚合物电致变色性能的新突破和稳定性的继续增强,有望应用于近红外电致变色器件领域。采用BisEDOT为供体单元继续增强异靛青-噻吩类聚合物的稳定性,所合成的异靛青-BisEDOT前驱体起始氧化电位进一步降低之0.6 V。电聚合获得的异靛青-BisEDOT聚合物具有优异的电化学稳定性,其电活性在循环扫描5000圈后依然高达95.8%。同时,异靛青-BisEDOT聚合物光学带隙相比其EDOT衍生物更低(1.02 eV),变色依然保持为绿色-蓝色可逆转变,响应时间迅速。在整个近红外波段,聚合物显示出优异的电致变色性能,光学透过率大多超过80%,着色效率均超过200 cm2 C-1;在1300 nm处其光学对比度最高值高达90%,着色效率高达1025 cm2 C-1,为已报道聚合物电致变色材料中最高值之一。