[发明专利]一种新型氢键交联可拉伸导电聚合物及合成方法

说明书

本发明公开了一种新型氢键交联可拉伸导电聚合物及合成方法，属于聚合物合成技术领域。上述新型氢键交联可拉伸导电聚合物包括氢键交联的可拉伸基团和功能导电基团；所述氢键交联的可拉伸基团为含氮类杂环；所述功能导电基团为3,4‑二氧乙撑噻吩类(EDOT)、噻吩类、硒吩类和吡咯类的齐聚物及其衍生物。本发明制备的新型氢键交联可拉伸导电聚合物，基于本征可拉伸基团为核心，使聚合物具有良好的可拉伸自愈合性能。

技术领域

本发明涉及聚合物合成技术领域，特别是指一种新型氢键交联可拉伸导电聚合物及合成方法。

背景技术

自从1976年美国宾夕法尼亚大学的化学家Mac Diarmid的课题组首次发现掺杂后的聚乙炔(Poly acetylene，简称PA)具有类似金属的导电性以后，人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高，诞生了导电高分子新型交叉学科。在随后的研究中又逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子。导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点，作为不可替代的新兴基础有机功能材料之一，导电高分子材料在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛的应用前景。到目前为止，导电高分子在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、可溶性和加工性、导电机理、光、电、磁等物理性能及相关机理以及技术上的应用探索都已取得重要的研究进展。

共轭聚合物链间氢键非共价交联研究取得突破性进展，成为实现导电聚合物高度拉伸、自愈合的有效方法。氢键的形成主要源于静电作用力，其键能大多为25-40kJ/mol，比范德华力稍强，但作用力和稳定性明显弱于共价键和离子键。在高分子科学中，氢键容易在聚合物链间发生重排，致使高分子产生自愈合功能。近几年的研究发现，构建有机半导体的结构单元数量远远超过理论分析和预测，尤其是Glowacki等研究小组惊奇地发现在含有分子间氢键的材料中载流子可以有效传输。2016年，鲍哲南教授研究小组在共轭聚合物结构中引入分子间氢键，通过调控材料中刚性共轭结构单元和氢键交联柔性碳链的比例，制备出了新型本征可拉伸、自愈合聚合物半导体，并用于可拉伸场效应晶体管的制作。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型氢键交联可拉伸导电聚合物及合成方法，其中聚合物由氢键交联的可拉伸基团和共轭导电基团构成，聚合物链之间的氢键非共价交联，使其在拥有高导电性能的同时产生自愈合的功能。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

本发明中的氢键交联的可拉伸基团主要采用含氮杂环化合物，通过含氮杂环的刚性以及，构分子内氢键控制或者预组织氢键位点筑了一系列优秀的柔性可拉伸多氢键键合单元。功能导电基团共轭单元结晶度高(晶区)，可实现材料的电荷传输，本发明中设计的导电基团性能优异、稳定性好，是设计合成本征可拉伸导电聚合物新材料的理想选择。功能导电基团和柔性基团经Stille偶联反应或Suzuki偶联反应一步得到氢键交联的本征可拉伸柔性导电聚合物材料。氢键交联的可拉伸基团和功能导电基团的同时存在使得该类聚合物在具有高导电率的同时，实现了可拉伸性能。

本发明提供一种新型氢键交联可拉伸导电聚合物，包括氢键交联的可拉伸基团和功能导电基团；

所述氢键交联的可拉伸基团为含氮类杂环；

所述功能导电基团为3,4-二氧乙撑噻吩类(EDOT)、噻吩类、硒吩类和吡咯类的齐聚物及其衍生物。

进一步的，所述含氮类杂环为酰胺、二乙酰胺或酰亚胺修饰的杂环母体，由噻吩类和EDOT类在末端提供共轭键。

优选的，所述氢键交联的可拉伸基团为：

中的任意一种；

其中，X为S、Se或O原子；

R₁为氢原子或甲基；