电致变色(Electrochromism,EC)光学现象是指有机或者无机变色材料在施加驱动电压后,其本身自带的颜色以及光学特性等发生稳定可逆的转变。这种稳定可逆的光学现象转变主要是由于有机或者无机变色材料本身在电压驱动下,发生了可逆的氧化还原反应,随着与电解液中的阳离子掺杂和去掺杂,其颜色以及光学特性等发生变化,从而表现出电致变色现象。正是由于这一独特的光学现象,电致变色材料现已被广泛应用于各种领域,如防眩后视镜、太阳眼镜、电子书等。同时由于其材料合成周期短,制备容易,颜色表现丰富,光学对比度高,变色速率快,因此受到众多科研工作者的关注和研究。而其中聚噻吩材料因其化学结构简单,易于衍生化,对空气和湿度高度稳定,颜色丰富多彩且容易调控,显示出巨大的商业应用前景。本论文主要围绕聚噻吩类电致变色材料展开研究,通过改变其分子结构和引入功能性基团,从而合成出一系列具有不同变化色彩以及电致荧光变色功能的聚噻吩类电致变色材料。研究工作主要集中在调控聚噻吩类电致变色材料氧化还原态的颜色,溶解性以及电致荧光变色等特性,主要包括以下三个部分的工作:第一部分的工作中,我们主要制备出一种新型的可溶性绿色可变色至透明态的聚噻吩类电致变色材料。相比较传统的绿色电致变色材料,该材料采用新颖的D-A-D共轭主链结构,有助于降低聚合物能隙,减少外在施加电压,其氧化还原电压分别为0.60 V和0.25 V,同时能够实现绿色至透明态的颜色转变,具有较高的光学对比度53%,发生在650nm处,以及快速的电化学响应时间:1.19s的着色时间和1.16s的褪色时间。另外我们在聚合物的侧链上引入了十二烷氧基长链用于改善聚合物的溶解性,使之能够溶于碳酸丙烯酯、乙腈和二甲亚砜等具有较低沸点的有机溶剂,从而改变传统电聚合的成膜方式,采用更加环保的喷涂成膜来实现聚合物薄膜的制备。使用该聚合物材料制备而成的器件可以实现绿色到透明态的转变,驱动电压为±1.5 V,最大透过率差值为28.5%,出现在658 nm波长处,着色时间和褪色时间分别为2.0 s和2.5 s。该绿色聚合物薄膜较低的氧化还原电压以及快速的电化学响应时间使其可以大规模应用于电致变色显示领域。第二部分的工作中,我们在聚噻吩共轭主链上引入了分子间作用力C—H…π键,成功合成出两种新型的电致变色和电致荧光变色双功能聚合物P1(含有反式二苯基乙烯)和P2(含有反式二苯基二腈基乙烯)。这两类新型聚合物能够在高温下保持优异的热稳定性,热分解温度分别是369℃和373℃,以及对有机溶剂保持良好的溶解能力,同时还能够在溶液状态和固体状态发射出强烈的荧光。聚合物薄膜P1和P2能够在±1V以内的外加电压下实现电致变色过程,分别从黄绿色到天蓝色和红色到红褐色的转变。在电致变色的过程中,聚合物P1和P2的薄膜荧光状态也能实现从无荧光状态到荧光状态的可逆转变。我们使用超级计算机对聚合物二聚体单元进行理论计算得到的最优化聚合物二聚体显示在溶液状态和固体状态,聚合物P1和P2共轭主链上都存在大量的分子间作用力C-H…π键。这些独特的分子间作用力C-H…π键能够起到抑制分子内旋转,从而使能量以荧光的形式表现出来。这种独特的荧光性质使其能够应用在光电领域并且显示出巨大的市场前景。第三部分的工作中,我们采用芳基化聚合方法成功制备出一系列包含噻吩和吩噻嗪的共轭聚合物P1-P4。他们能够在中间态或还原态分别显示出棕色和黄色,在氧化态则分别显示出绿色、灰色和天蓝色。这四种聚合物在低沸点溶剂都表现出优异的溶解性,能够进行喷涂成膜,实现快速加工。与此同时,共轭聚合物P1-P4都能够在高温下保持优异的热稳定性,热分解温度分别是365℃,368℃,368℃和367℃。在电致变色过程中,这四类聚合物都表现出较低的氧化还原电压和较快的电化学响应速率。与具有典型聚集淬灭荧光效应的P1相比较,聚合物P2-P4都能够在固体状态和溶液状态发射出明亮的荧光。这种独特荧光现象的产生源自于聚合物主链不同长度的π-π堆砌间距,从聚合物P1到聚合物P4,其π-π堆砌间距不断增加,这就使得聚合物P2-P4在固体状态能够充分抑制聚集淬灭荧光效应从而发射出明亮的绿色荧光。同时这三种共轭聚合物薄膜P2-P4可以随着驱动电压的变化实现荧光的开关可逆转变,即聚合物薄膜P2-P4在中间态呈现出荧光状态,氧化态则呈现出无荧光状态。这种独特的双态发光特性和可逆的电致荧光变色现象使得这类共聚物能够在电致荧光变色和光电领域展现出巨大的应用前景。