[发明专利]绿色至透射的可溶性电致变色聚合物

说明书

相关申请的交叉引用

此申请要求保护2007年10月30日提交的美国临时申请序列号为61/000,908的利益，在此参考其全部内容，包括任何图、表或附图。

发明背景

经电化学氧化和还原能快速且可逆变色的聚合物电致变色在过去十年已受到相当多的关注。特别强调向装置如窗户、镜子(汽车的后视镜/侧视镜)中掺入最稳定的这些电活性材料并展示对于预期的工业和商业应用。当合成大量中性态红色和蓝色吸收共轭聚合物并结合在电致变色装置中时，由于中性态材料中所需吸收光谱必须含至少两个波段的复杂性质，化学或电化学合成可转换成透射态的饱和绿色聚合物的尝试遭遇有限的成功。

迄今为止，仅一篇文章报告了经氧化具有透射态(具有蓝色调)的绿色共轭聚合物的存在(Durmus等人，Chem.Commun.，2007，3246-3248)。然而，此材料通过电化学聚合/薄膜沉积制备且不显示任何可溶性/可加工性，使得难以结合在装置中，限制了可能的应用范围。

因此，具有高电致变色反衬度、快速转换时间和高透射氧化态的可溶中性态绿色共轭聚合物将是共轭聚合物领域中理想的改善。另外，可溶液加工的材料将在广泛应用中提供优点。

发明简述

本发明实施方案针对由多个重复单元构成的共轭聚合物，其中重复单元具有多个耦合在受体基团上的基于取代二氧杂环的供体基团。共轭聚合物当为中性态时吸收可见光谱第一波段和可见光谱第二波段内的辐射，但为氧化态时在这些波段中为透射的。在氧化态时第一和第二波段内辐射的吸收率比在中性态时小通常200％或更多，使得在中性态时可认为聚合物有色，但在氧化态下或无色或几乎无色。第一吸收波段在约500nm以下的波长下可具有可见吸收最大值，第二吸收波段在约550nm以上的波长下可具有可见吸收最大值，和480-580nm之间的局部最小值，使得中性态有色聚合物外观上为绿色的。

聚合物可溶于一种或多种溶剂中，例如二氯甲烷、氯仿、四氯乙烷、四氢呋喃、二噁烷、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、吡啶、乙酸乙酯、丁醇、乙醇、甲醇、乙腈、丙酮、异丙醇、水及其混合物。然后可制备聚合物并由溶液加工成膜或涂层。聚合物的二氧杂环可为二氧噻吩如亚烷基二氧噻吩，例如3，4-亚丙基二氧噻吩。受体基团为贫电子芳族单元，例如取代或未取代的苯并噻二唑基团、噻二唑并喹喔啉基团、喹喔啉基团、噻吩并噻二唑基团、噻吩并吡嗪基团、吡嗪并喹喔啉基团、苯并双噻二唑基团或噻二唑并噻吩并吡嗪基团。

在许多实施方案中，共轭聚合物可通过结构式III序列的重复单元预见：

^＊-Z_q-Y-E_r-X-E_r-Y-Z_q-^＊   III

其中X为贫电子芳族单元，E为富电子共轭单元，Y为取代的二氧杂环，Z为共轭单元，且q和r为0、1、2或3。单元Y可为取代的二氧噻吩，所述取代的二氧噻吩可为由至少一个在链内可以具有一个或多个杂原子的线性或支化脂族碳链取代的亚烷基二氧噻吩，如式II中的亚丙基二氧噻吩(ProDOT)所示：

其中X为贫电子芳族单元，E为富电子共轭单元，Z为共轭单元，q和r为0、1、2或3，R¹⁰、R¹¹、R¹²和R¹³相同或不同且R¹⁰、R¹¹、R¹²和R¹³中至少一个包含任选包含一个或多个杂原子的线性或支化脂族碳链。贫电子芳族单元X可为取代或未取代的苯并噻二唑基团、噻二唑并喹喔啉基团、喹喔啉基团、噻吩并噻二唑基团、噻吩并吡嗪基团、吡嗪并喹喔啉基团、苯并双噻二唑基团和噻二唑并噻吩并吡嗪基团。例如，在本发明实施方案中，贫电子芳族单元可为2，1，3-苯并噻二唑基团(BTD)。富电子共轭单元E可为取代或未取代的噻吩，Z可为取代或未取代的二氧噻吩基团。