論文目次 |
目錄
摘要………………………………………………………….i
Abstract…………………………………………………….ii
誌謝…………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………iv
圖目錄………………………………………………………x
表目錄…………………………………………………….xv
第壹章 序論
1-1 前言…………………………………………………………1
1-2 電致變色原理………………………………………………2
1-3 電致變色的基本特性………………………………………2
1-4 電致變色的應用……………………………………………5
1-5 電致變色材料………………………………………………10
1-6 共軛高分子作為電致變色材料的優缺點…………………15
1-7 ?控制變色分子顏色的方法………………………………18
1-8 研究目的……………………………………………………24
第貳章 實驗部分
2-1 實驗藥品………………………………………...……….…26
2-2 實驗流程圖………………………………………………….32
2-2-1 4,4-Dioctyl-cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithiophene
(DOCPDT)主要單體之合成路徑………………………32
2-2-2 4,7-dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole、5,8-dibromo-2,3-
di(thiophen-2-yl)-2,3-dihydroquinoxaline 與3,6-dibromo-
9-methyl-9H-carbazole 其它單體之合成路徑…………33
2-2-3 共聚物的單體及共聚物之合成路徑…………………34
2-2-4 中間產物、單體及共聚物之結構、命名與簡稱………37
2-3 合成步驟……………………………………………………43
2-3-1 Di-thiophen-3-yl-methanol 的合成……………………43
2-3-2 Di-thiophen-3-yl-methanone 的合成…………………44
2-3-3 2,2-Di-thiophen-3-yl-[1,3]dioxolane的合成…………45
2-3-4 2,2-Bis-(2-iodo-thiophen-3-yl)-[1,3]dioxolane的合成…46
2-3-5 Cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophen-4-dioxolane的
合成……………………………………………………47
2-3-6 Cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophen-4-one的合成……47
2-3-7 4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene的合…………48
2-3-8 4,4-Dioctyl-cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithiophene 的合
成………………………………………………………49
2-3-9 4,4-Dioctyl-2,6-bis-trimethylstannanyl-4H-Cyclopenta
[2,1-b;3,4-b’]dithiophene 的合成……………………50
2-3-10 4,4-dioctyl-cyclopentadithiophene-alt-bis(3-octyl-thiophene)
(DOCPDT-DOT)的合成………………………51
2-3-11 Poly[4,4-dioctyl-cyclopentadithiophene-alt- bis(3-octylthiophene)]
的合成……………………………………52
2-3-12 4,4-Dioctyl-2-trimethylstannanyl-4H-cyclopenta[2,1-b:
3,4-b']dithiophene 的合成……………………………53
2-3-13 4,7-dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole 的合成………54
2-3-14 4,7-di(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithienyl)
benzo[1,2,5]thiadiazole 的合成……………55
2-3-15 Poly[4,7-di(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]
dithienyl)benzo[1,2,5]thiadiazole]的合成……………56
2-3-16 3,6-dibromocyclohexa-3,5-diene-1,2-diamine 的合成..57
2-3-17 5,8-dibromo-2,3-di(thiophen-2-yl)-2,3-dihydroquinoxaline
的合成……………………………………………58
2-3-18 5,8-bis(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithienyl)-
2,3-di(thiophen-2-yl)quinoxaline 的合成…59
2-3-19 Poly[5,8-bis(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]
dithienyl)-2,3-di(thiophen-2-yl)quinoxaline]的合成…60
2-3-20 4,4-bis(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithienyl)
phenyl]amine 的合成………………………61
2-3-21 Poly[4,4-bis(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]
dithienyl) phenyl]amine]的合成……………………62
2-3-22 3,6-bis(2-(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]
dithiophene)thienyl)-carbazole 的合成………………63
2-3-23 Poly[3,6-bis(2-(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-
b’]dithiophene)thienyl)-carbazole]的合成…………65
2-3-24 3,6-dibromo-9-methyl-9H-carbazole 的合成………66
2-3-25 3,6-bis(2-(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithiophene)
thienyl)-N-methylcarbazole 的合成………66
2-3-26 Poly[3,6-bis(2-(4,4-Dioctyl-4H-Cyclopenta[2,1-b;3,4-
b’]dithiophene)thienyl)-N-methylcarbazole]的合成…68
2-4 聚合物膜的製備及電致變色元件的組裝…………………...69
2-4-1 聚合物膜的製備……………………………………….69
2-4-2 電致變色元件的組裝………………………………….69
2-5 儀器分析與樣品製備………………………………………70
2-5-1 核磁共振光譜儀 (NMR) ……………………………70
2-5-2 紫外光/可見光/近紅外光吸收光譜儀 (UV/Vis/NIR
Spectrometer) ……………………………………70
2-5-3 膠體滲透層析儀(Gel Permeation Chromatography,
GPC) …………………………………………………72
2-5-4 熱重分析儀 (TGA) ……………………………………73
2-5-5 掃瞄式電子顯微鏡 (SEM) ……………………………74
2-5-6 電化學與光學性質的測試……………………………75
第參章 結果與討論
3-1 PEDOT 與PDOCPDT 電致變色特性之比較………………77
3-2 DOCPDT 單體的合成及PDOCPDT 高分子衍生物的合成
及純化方法……………………………………………………81
3-2-1 DOCPDT 單體的合成…………………………………81
3-2-2 PDOCPDT 高分子衍生物的合成方法…………………82
3-2-3 PDOCPDT 高分子衍生物純化方法 ……………………82
3-3 PDOCPDT- DOT 之合成、鑑定及電致變色性質探討………83
3-3-1 PDOCPDT-DOT之合成與結構鑑定……………………83
3-3-2 PDOCPDT-DOT之電致變色性質探討…………………84
3-4 PBDOCPDT-BTDA之合成、鑑定及電致變色性質探討……95
3-4-1 PBDOCPDT-BTDA 之合成與結構鑑定………………96
3-4-2 PBDOCPDT-BTDA 之電致變色性質探討……………97
3-5 PBDOCPDT-Cz 之合成、鑑定及電致變色性質探討……109
3-5-1 PBDOCPDT-Cz 之合成與結構鑑定…………………109
3-5-2 PBDOCPDT-Cz 之電致變色性質探討………………110
3-6 PBDOCPDT-NMeCz 之合成、鑑定及電致變色性質探討..116
3-6-1 PBDOCPDT-NMeCz 之合成與結構鑑定……………116
3-6-2 PBDOCPDT- NMeCz 之電致變色性質探討…………117
3-7 PBDOCPDT-TPA 之合成、鑑定及電致變色性質探討…124
3-7-1 PBDOCPDT- TPA 之合成與結構鑑定………………124
3-7-2 PBDOCPDT- TPA 之電致變色性質探討……………125
3-8 PBDOCPDT-TQ 之合成與鑑定…………………………131
3-9 PBDOCPDT-BTDA/PDOCPDT-DOT 元件之電致變色特性132
第肆章 結論…………………………………………………….....138
參考文獻……………………………………………………………...139
附錄………………………………………………………………..….142
圖目錄
圖1-4-1:電致變色元件的四種不同應用……………………………8
圖1-4-2:Gentex 公司在Florida 的窗戶測試…………………………9
圖1-4-3:Gentex 模擬窗戶(面積約1 x 2 m2):(a)清晰;(b)灰暗………9
圖1-4-4:Gentex colors:(a)on;(b)off…………………………………9
圖1-4-5:電致變色顯示器……………………………………………10
圖1-5-1:Viologens 系統之電化學反應示意圖……………………13
圖1-5-2:陰、陽極著色之共軛高分子產生氧化摻雜時的能階變化
示意圖………………………………………………………15
圖1-6-1:具有多重變色性質的導電高分子…………………………17
圖1-6-2:文獻中無機材料與導電高分子的著色效率………………18
圖1-7-1:PEDOT在電化學區間顏色的變化…………………………21
圖1-7-2:PEDOT 與Ppy 經結構修飾後中性態與氧化態的顏色……22
圖1-7-3:BEDOT-arylenes 進行聚合的高分子………………………22
圖1-7-4:EDOT與不同比例之BEDOT-NMeCz經電化學聚合的高
分子…………………………………………………………23
圖1-7-5:Dual polymer Electrochromic film裝置示意圖………………23
圖2-4-1:電致變色元件組裝流程圖…………………………………69
圖2-5-6-1:共聚物膜之電化學與光學變化即時偵測裝置……………76
圖2-5-6-2:元件之電化學與光學變化即時偵測裝置…………………76
圖3-1-1:PEDOT與PDOCPDT在中性態(N)與氧化態(D)的顏色……77
圖3-1-2:(a) CIE xyz 系統及 (b-1) CIE Lab 系統之3-D (b-2) CIE Lab
系統之平面 色座標圖……………………………………..79
圖3-3-2-1:PDOCPDT-DOT 膜掃描不同次數後的CV 圖……………84
圖3-3-2-2:PDOCPDT-DOT膜(a)著色態與去著色態之UV/Vis光譜圖
(b)spectroelectrochemistry圖及顏色變化………………...86
圖3-3-2-3:PDOCPDT-DOT膜氧化還原掃描不同次數後的(a)光學對
比及(b)光學密度圖……………………………………….87
圖3-3-2-4:PDOCPDT-DOT膜的(a)chronoabsorptometry(b)計時庫侖
分析(chronocoulometry)圖………………………………88
圖3-3-2-5:PDOCPDT-DOT 膜快速連續交叉供應0.5 V 及-0.2 V
(vs Ag/Ag+)的電位時偵測516 nm 的穿透度變化圖…89
圖3-3-2-6:PDOCPDT-DOT 高分子膜在(a)第一圈及(b)第一千圈於
整個可見光區穿透度差的積分面積圖………………90
圖3-3-2-7:PDOCPDT- DOT 膜(a)中性態 (b)氧化態的CIE 及Lab
色座標位置圖及顏色……………………………………92
圖3-4-2-1:PBDOCPDT-BTDA膜掃描不同次數後的CV圖…………99
圖3-4-2-2:PBDOCPDT-BTDA膜在著色態與去著色態之UV/Vis
圖…………....……………………………………………99
圖3-4-2-3:PBDOCPDT-BTDA 膜的spectroelectrochemistry 圖… 100
圖3-4-2-4:PBDOCPDT-BTDA 共聚物膜氧化還原掃描不同次數
後的(a)光學對比及 (b)光學密度圖……………………101
圖3-4-2-5:PBDOCPDT-BTDA 共聚物膜在460 nm 及650 nm 下
的(a)chronoabsorptometry 及(b)chronocoulometry 圖…..102
圖3-4-2-6:PBDOCPDT-BTDA 膜連續交叉供應0.6 V 及 0.2 V (vs
Ag /Ag+)的電位時460 nm 及650 nm 的穿透度變化..103
圖3-4-2-7:PBDOCPDT-BTDA 共聚物膜在(a)第二圈及(b)第一千圈
於整個可見光區穿透度差的積分面積圖……………..104
圖3-4-2-8:PBDOCPDT-BTDA 膜(a)中性態 (b)氧化態 (c)回到
中性態的CIE 及Lab 色座標位置圖及顏色…………107
圖3-5-2-1:PBDOCPDT-Cz 膜掃描不同次數後的CV 圖……………111
圖3-5-2-2:PBDOCPDT-Cz 膜在著色態與去著色態之UV/Vis 光
譜圖…………....…………………………………………112
圖3-5-2-3:PBDOCPDT-Cz 膜氧化還原掃描不同次數後的(a)光學
對比及 (b)光學密度圖………………………………..…113
圖3-5-2-4:PBDOCPDT-Cz 膜快速連續交叉供應0.6 V 及-0.2 V
(vs Ag/Ag+)的電位時偵測472 nm 的穿透度變化圖……113
圖3-5-2-5:PBDOCPDT-Cz 共聚物膜在(a)第一圈及(b)第一千圈於
可見光區穿透度差的積分面積圖………………………114
圖3-5-2-6:PBDOCPDT-Cz 膜(a)中性態 (b)氧化態的CIE 及Lab
色座標位置圖及顏色……………………………………116
圖3-6-2-1:PBDOCPDT- NMeCz 膜掃描不同次數後的CV 圖……118
圖3-6-2-2:PBDOCPDT- NMeCz 膜在著色態與去著色態之穿透光
譜圖………………………………………………..……119
圖3-6-2-3:PBDOCPDT- NMeCz 膜氧化還原掃描不同次數後的
(a)光學對比及 (b)光學密度圖……………………...…120
圖3-6-2-4:PBDOCPDT-NMeCz 膜快速連續交叉供應0.8 V 及-0.4
V (vs Ag/Ag+)的電位時偵測462 nm 的穿透度變化圖…121
圖3-6-2-5:PBDOCPDT-NMeCz 共聚物膜在(a)第一圈及(b)第一千
圈於可見光區穿透度差的積分面積圖…………..……121
圖3-6-2-6:PBDOCPDT-NMeCz 膜(a)中性態 (b)氧化態的CIE 及
Lab 色座標位置圖及顏色………………………..………123
圖3-7-2-1:PBDOCPDT- TPA膜掃描不同次數後的CV圖……...…125
圖3-7-2-2 PBDOCPDT-TPA 膜(a)著色態與去著色態之UV/Vis
光譜圖(b)spectroelectrochemistry 圖及顏色變化…...…127
圖3-7-2-3 PBDOCPDT- TPA 膜氧化還原掃描不同次數後的(a)光
學對比及(b)光學密度圖………………….………...……128
圖3-7-2-4 PBDOCPDT-TPA 膜快速連續交叉供應0.75 V 及-0.2 V
(vs Ag/Ag+)的電位時偵測485 nm 的穿透度變化圖圖…129
圖3-7-2-5:PBDOCPDT-TPA 共聚物膜在(a)第一圈及(b)第一千圈於
整個可見光區穿透度差的積分面積圖………………..…129
圖3-7-2-6:PBDOCPDT-TPA 膜(a)中性態 (b)氧化態的CIE 及Lab
色座標位置圖及顏色…………………………..………131
圖3-9-1:PBDOCPDT-BTDA/PDOCPDT-DOT 元件掃描不同次數後
的CV圖………………..……………………………..……134
圖3-9-2:PBDOCPDT-BTDA/PDOCPDT-DOT 元件(a)在-0.8 V 及
0.6 V (vs Ag/Ag+)下的穿透光譜圖(b)spectroelectrochemist
圖及顏色變化……………………………………………135
圖3-9-3:PBDOCPDT-BTDA/PDOCPDT-DOT 元件在(a)-0.8 V (vs
Ag/Ag+) (b)0.6 V (vs Ag/Ag+)的CIE 及Lab 色座標位置圖
及顏色………..……………………………………………137
表目錄
表1-5-1:常見的過渡金屬氧化物的顏色變化…………………………11
表1-5-2:電致變色材料的變色方式…………………………………12
表 3-1-1:PEDOT 與PDOCPDT 的電致變色特性之比較……………78
表3-3-2-1:PDOCPDT-DOT膜的電變色數據…………………………92
表3-3-2-2:PDOCPDT-DOT 與poly(3-alkylthiophene)s 的電致變色
數據……………..………..………………………………94
表3-4-2-1:PBDOCPDT-BTDA 共聚物膜的電致變色數據…………105
表3-4-2-2:PBDOCPDT-BTDA、PBDT、PTBPEQ與PDOPEQ的
電致變色數據……………………………………………109
表3-5-2-1:PBDOCPDT-Cz 膜的電變色數據………………………115
表3-6-2-1:PBDOCPDT-NMeCz 膜的電變色數據…………………122
表3-7-2-1:PBDOCPDT-TPA 膜的電變色數據……………………130
表3-9-1:PBDOCPDT-BTDA/PDOCPDT-DOT 元件的電變色數據...136
|
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