近红外电致变色聚酰亚胺的合成及可变发射率电致变色器件的构筑与空间环境下性能损伤效应及机理

本项目的研究目的在于从分子结构设计出发，将具有近红外电致变色性的蒽醌酰亚胺结构单元构筑于聚酰亚胺聚合物的分子结构中，制备出电致变色范围较宽、物理机械性能优异、有望应用于航天器电致变色可变发射率热控涂层的聚酰亚胺高分子材料。为此，项目设计了近红外活性基团分别位于主链和侧链的两种类型聚酰亚胺高分子。通过主链结构聚酰亚胺的设计与制备，希望获得兼具优异的机械性能、热稳定性及近红外电致变色性能的功能材料。而侧链型聚酰亚胺的设计与合成，则较多考虑蒽醌酰亚胺中取代基的电子效应对最终聚合物变色波长的影响，希望通过该类聚酰亚胺，获得电致变色波长范围可以调控的、溶解性能好、加工性能优异的聚酰亚胺功能材料。材料在空间环境下的性能损伤效应直接决定了其可否获得在航天器上的应用，本项目在合成与性能研究的基础上，拟开展所制备聚合物材料与器件的空间环境模拟实验，研究空间环境下的性能退化与损伤机理，为其实际应用奠定基础。

该项目在基金委的支持下，开展了三个方面的研究工作。第一个方面主要为n型材料的设计与合成工作。设计制备了一系列分别以萘环和苝环为核心的BBL类n型材料，该系列材料吸收波长范围宽、消光系数大，特别是以苝为核的化合物，在固态下很容易发生分子间的有序堆积，在400-900nm的波长范围内都有较强的吸收，并且，通过在分子结构中引入柔性基团，解决了该类材料溶解性差、无法溶液加工的问题，为该类材料在光伏器件、晶体管器件方面的应用创造了条件。第二个方面的工作主要是设计合成有机光探测器材料。在这部分工作中，我们设计合成了以噻吩并噻二唑为电子受体，以噻吩与吡咯为给体的两种小分子材料，研究了吡咯取代基长度对材料薄膜形态以及性能的影响，并制备出了用于紫外-可见-近红外全光探测的透明器件，该器件从300到900 nm的归一化探测度都维持在1E11-1E12 Jones，同时其在可见光区（400-700 nm）的平均透明度为45% （540 nm处最大透明度为51%），首次得到了可见光透明的全光谱响应的光电探测器。第三个方面的研究工作主要是基于蒽醌酰亚胺结构单元的近红外电致变色材料，设计合成了一种含蒽醌酰亚胺结构单元的二胺类单体，并制备出了侧链带有蒽醌酰亚胺的聚酰亚胺类聚合物材料，通过循环伏安、光谱电化学等手段研究了所制备聚酰亚胺的性能，证明将蒽醌酰亚胺引入到聚合物中能够获得具有近红外电致变色性质的聚合物材料。通过该项目的研究，发表SCI论文2篇，培养博士和硕士研究生4名，其中1名硕士生已毕业。