电场极化调控聚(3-己基噻吩)薄膜润湿性

本文首次采用电场极化技术精确控制共轭聚合物P₃HT薄膜表面的润湿性,通过调节极化条件,成功实现了对P₃HT薄膜表面润湿性的精确控制,薄膜表面水接触角可以实现从疏水性到亲水性的转变.通过光谱学、形貌学及接触角等表征手段,详细研究了电场极化作用下共轭聚合物分子取向聚集形态及作用机理.该工作不但扩展了共轭聚合物薄膜材料的应用范围,也为分子形态学的研究奠定了基础.     

聚(3-己基)噻吩薄膜中电荷传导的研究

对两种具有相同化学结构的聚(3-己基)噻吩膜进行了电荷传导研究以检验膜的结构对载流子迁移率的影响. 一种膜是由3-己基噻吩单体经电化学合成直接制备的膜(原位生长膜); 另一种膜是将原位生长膜溶于三氯甲烷后重新滴涂而成的(滴涂膜). 研究表明, 虽然两种膜的制备方法不一样, 但在最低(0.02%)和较高(20%～30%)掺杂率下两膜中的载流子迁移率相一致; 然而在中等掺杂率区域, 两膜中的载流子迁移率明显不同. 对于原位生长膜, 载流子迁移率在低掺杂区域几乎保持不变, 当掺杂率大于1%后开始上升; 而在滴涂膜中, 随着掺杂率的增加, 迁移率先下降然后迅速升高. 上述两种迁移率变化特征分别与以前研究中观察到的电化学合成高分子膜和化学合成高分子旋涂或滴涂膜中迁移率的变化特征相一致, 表明了迁移率随掺杂率变化特征的改变是由膜的结构变化而引起的     

溶剂沸点对聚(3-己基噻吩)薄膜内链结构与分子取向的影响

以聚(3-己基噻吩)(P3HT)为研究对象,借助荧光相关光谱、紫外-可见光谱和掠角红外光谱考察了溶剂性质对旋涂膜内P3HT的链结构与分子取向的影响。结果表明:溶液中P3HT的分子链构象受溶解度的影响,当P3HT溶解在溶解性好的良溶剂中时,链构象更伸展;固体薄膜内P3HT的物理结构却不受其在溶剂中溶解度大小的影响而具有沸点依赖性,溶解在高沸点溶剂中的P3HT旋涂后,薄膜内P3HT主链平面性与π-π相互作用均得到提高;此外,溶剂沸点的增加导致分子取向由"面朝上"方式转变为"边朝上"方式。     

聚3-甲基噻吩及聚3-己基噻吩修饰钛酸盐纳米管的光电化学性能研究

采用水热法制备了钛酸盐纳米管, 并将钛酸盐纳米管制备成纳米结构电极进行光电化学研究. 钛酸盐纳米管产生阳极光电流, 具有n-型半导体特性. 结果表明, 聚3-甲基噻吩[poly(3-methylthiophene), PMeT]、聚3-己基噻吩[poly(3-hexylthiophene), P3HT]修饰钛酸盐纳米管后产生的光电流均较纯钛酸盐纳米管的光电流高, 且使产生光电流的波长向长波区移动. 钛酸盐纳米管/PMeT、钛酸盐纳米管/P3HT的光电转换效率分别达11.40%, 0.91%(未校正光子损失). 钛酸盐纳米管/PMeT的光电转换效率较钛酸盐纳米管/P3HT的光电转换效率高10.5%. 钛酸盐纳米管/PMeT、钛酸盐纳米管/P3HT中存在p-n异质结, 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离.     

聚3-己基噻吩的制备及其荧光轨迹的研究

本文以3-己基噻吩为单体,无水FeCl3为氧化剂,在四氢呋喃(THF)中浓缩结晶制备了聚3-己基噻吩(P3HT),通过红外光谱、GPC、XRD和1H NMR表征其结构,测定了经THF浓缩前后P3HT的电流-电压曲线,并采用单分子光谱技术得到了其在介孔纳米TiO2基底上的荧光强度轨迹。结果表明,通过THF浓缩结晶能提高P3HT的相对分子量和其太阳能电池的能量转化效率,并且单分子P3HT/TiO2体系间界面电子的转移是不均一的,不但随着分子的不同而不同,而且还随着时间的不同而不同,其自相关函数呈非指数的衰减。     

光敏层厚度与退火温度调控对聚3-己基噻吩光电探测器性能的影响

以聚3-己基噻吩(P3HT)为给体材料,富勒烯衍生物(PC61BM)为受体材料,制备了一系列结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/C60/Al的体异质结光电探测器.研究了120、160、180与200 nm不同光敏层厚度,100、120、130、140与150℃不同退火温度等条件对器件性能的影响,并采用原子力显微镜(AFM)对光敏层形貌进行了分析.研究发现,基于180 nm厚光敏层、150℃退火处理的器件,在-2 V的偏压下550 nm处有最大响应度,为268 mA/W,并且在470~610 nm范围内响应度都超过了200 mA/W;基于180 nm厚光敏层、120℃退火处理的器件有最大线性动态范围,为95 dB.研究表明,适当厚度的光敏层有利于提高光吸收效率与器件的光伏性能;退火处理,可以使光敏层形成均匀的互穿网络结构,进而减小空穴与电子的复合概率,提高器件的光伏性能.     

理论研究连接方式对低聚(3-己基噻吩)结构和电子光谱的影响

用密度泛函理论优化了不同连接方式的低聚(3-己基噻吩)((3HT)n,n=2~8)异构体的几何结构,并得到了相对能量,接着用含时密度泛函理论计算了不同异构体的垂直激发能,并优化了(3HT)8第一激发态的几何结构.结果表明,不同连接方式异构体的相对能量接近,但它们的轨道能级和垂直激发能差异都较大;第一激发态比基态共平面性更好.     

Cu2+对不同相形态中聚3-己基噻吩光学性质的影响

用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱方法研究了Cu2+分别与稀溶液、分散液和薄膜三种体系中的聚3-己基噻吩(P3HT)的相互作用. 结果表明, P3HT的相形态对其相互作用有重要影响. 在四氢呋喃的稀溶液中, P3HT与Cu2+的溶剂化程度都很高, 它们之间几乎不存在化学作用; 在分散液中, P3HT形成聚集的颗粒, Cu2+的加入产生较弱的氧化掺杂, Cu2+部分进入到分散颗粒中; 在P3HT的薄膜中, Cu2+使链的共轭长度变短, 引起光吸收蓝移.     

聚(3-己基噻吩)作为光谱增感层在有机太阳电池光谱响应增强中的应用

报道了利用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为前置缓冲层来弥补(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩)-(4-氟代噻并[3,4-b]噻吩(PBDT-TT-F):[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PC₆₁BM)共混体相异质结(BHJ)电池对450-600 nm处光谱响应不足的新的器件结构设计思路. 光谱带隙为1.8 eV的PBDT-TT-F 在550-700 nm处有很强的光谱吸收, 在有机太阳电池器件上有很好的应用潜能. 但其在350-550 nm处的吸收不强, 影响了器件对太阳光谱的利用效率. 与此相比, P3HT薄膜的光谱吸收主要在450-600 nm范围内, 同PBDT-TT-F 形成良好的互补关系. 新设计的器件外量子效率(EQE)研究结果表明, 利用P3HT 作为前置缓冲层可以与PBDT-TT-F:PC₆₁BM薄膜中的PC₆₁BM形成平面异质结, 从而拓展了器件在450-600 nm处的光谱响应范围,实现光谱增感作用. 优化P3HT的厚度为20 nm左右, 器件对外输出的短路光电流密度从11.42 mA·cm^-2提高到12.15 mA·cm^-2, 达到了6.3%的提升.     

聚(3-烷基噻吩)的合成与应用研究进展

详述了聚(3-烷基噻吩)的化学合成方法、电化学合成方法及近期新兴的微波辐射辅助合成法;并总结了聚(3-烷基噻吩)在光伏电池材料、电致发光材料和热电材料等领域的应用研究及现状.     

聚己内酯-环糊精包合物对聚己内酯结晶行为的影响

采用溶液共混的方法制备了α-环糊精(α-CD)和聚己内酯(PCL)的包合物PCLIC,用X射线衍射和红外光谱对其结构进行了表征,并研究了α-CD、β-CD和PCLC对PCL结晶行为的影响,结果表明线性PCL穿入α-环糊精分子内腔形成了隧道状晶体结构,而且PCLIC对PCL具有明显的异相成核作用,其成核效率比α-CD和β-CD高.     

纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩多孔膜电极光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/聚3-己基噻吩(ITO/ P3HT)膜和纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩(TiO2/P3HT)复合膜的光电转换性质. 结果表明, P3HT膜的禁带宽度为1.89 eV, 价带位置为－5.4 eV. 在ITO/TiO2/ P3HT复合膜电极中存在p-n异质结, 在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离. P3HT修饰ITO/TiO2电极可使光电流发生明显的红移, 从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率.     

石墨烯表面接枝聚(3-己基噻吩)分子刷的制备与表征

结合高效率重氮盐加成和Kumada催化-转移缩聚反应(KCTP),聚3-己基噻吩(P3HT)被共价接枝在石墨烯(GN)表面,形成聚合物分子刷(P3HT-GN).通过重氮盐偶合反应,溴苯分子首先被共价连接在氧化还原方法制备的GN表面,由此锚固的Ni(PPh3)4随后引发3-己基噻吩的催化-转移聚合.原子力显微和热失重分析结果表明,接枝在GN表面的P3HT分子刷厚度约为5 nm,重量分数为20.1%.当假设P3HT以伸直链构象接枝在GN表面时,估计的接枝密度为每6.53 nm2含有1个P3HT链,链间平均距离为2.556 nm.P3HT-GNs的X射线衍射在扫描范围内没有GN层间衍射峰出现,表明接枝后的GN是很好剥离的.P3HT-GN的紫外-可见光谱在300～500 nm范围内显示有比纯P3HT更弱的吸收峰,表明P3HT与GN之间存在显著的相互作用,与X-射线光电子能谱中增大的氧化噻吩环含量的结果是一致的.P3HT与GN的强相互作用使得光诱导产生的荧光几乎完全被淬灭,量子产率仅为0.042%,相当于纯P3HT的1/80,显示了突出的电荷转移效率.     

聚(3-己基噻吩)包覆富锂层状正极材料Li1.18Ni0.15Co0.15Mn0.52O2的制备与电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li_1.18Ni_0.15Co_0.15Mn_0.52O₂富锂层状正极材料, 并使用聚(3-己基噻吩)对其进行了表面包覆. 采用多种光谱学和电化学手段对材料的形貌结构和电化学性能进行了分析. 结果表明, 聚(3-己基噻吩)溶液浸泡后在富锂材料表面形成厚约1.5 nm的均匀包覆层. 表面包覆后富锂层状正极材料的极化和阻抗明显减小. 在0.2C倍率下, 经过100次充放电循环后, 未包覆的富锂材料放电比容量衰减为170 mA·h/g, 而经过0.3%聚(3-己基噻吩)包覆的材料的放电比容量则保持在205 mA·h/g, 容量保持率由68%提高到82%; 10C倍率下的放电比容量由72 mA·h/g提高到116 mA·h/g.     

左旋聚乳酸/聚(ε-己内酯)共混物在取向聚乙烯基底上的附生结晶行为

利用电子显微镜结合电子衍射研究了左旋聚乳酸/聚(ε-己内酯)(PLLA/PCL)共混物在取向聚乙烯(PE)基底上的结晶行为.纯PLLA在取向PE基底上能够附生结晶,主要形成分子链相互垂直的片晶结构.PCL在PE基质上也能发生附生结晶,导致两者分子链平行.PLLA/PCL共混物在取向PE基底上结晶的形态结构依赖于共混组成.在PLLA含量大于95 wt%时,PCL不影响PLLA与PE的附生结晶行为.当PCL含量增加至10 wt%时,PLLA在PE上的附生结晶行为受到了一定程度的影响.当PCL含量超过40 wt%时,PLLA在PE上的附生结晶被抑制,取而代之是PCL在PE取向基质上附生结晶,产生两者分子链平行的取向片晶.另外,在PLLA含量在50 wt%~30 wt%之间时,体系产生明显的微相分离,微相分离并不影响PCL与PE的附生结晶,在PCL的富集区仍然发生平行链附生结晶,而PLLA的富集区结构变得模糊.当PLLA含量少于20 wt%时,微相分离不明显,少量PLLA应该分散在PCL片晶间的非晶区.     

聚(3-烷基噻吩)合成方法研究

作为导电共轭聚合物中的一个典型代表,聚(3-烷基噻吩)(poly(3-alkylthiophene),P3AT)因其良好的光电性能,已广泛应用于有机光电子领域,如有机场效应晶体管、有机发光二极管和有机聚合物太阳能电池等。P3AT的合成制备方法也成为导电共轭聚合物合成方法的方向标,其发展的历史进程代表了共轭聚合物合成方法的共同历程。本文简要介绍了P3AT的发展历史、分子构效关系及其在有机光电器件上的应用,并按合成方法的不同分类,详细介绍了P3AT的各类合成方法,包括:McCullough法、Rieke法、格氏置换合成法、Suzuki反应、Still反应、C-H活化直接偶联等,总结比较了各种方法的反应机理及其优缺点,以期为读者展示出导电共轭聚合物合成方法发展变化的整体过程,并对其发展方向提出了展望。     

聚ε-己内酯结晶形态的研究

采用DSC测试了聚ε-己内酯(PCL)的结晶温度(TC)和熔融温度(Tm)。同时采用偏光显微镜(POM)探讨了结晶时间的影响,发现结晶时间的改变只能够改变其晶体的尺寸,对其结晶形态并没有太大的影响。最后采用原子力显微镜(AFM)讨论了基底材料、溶剂和过冷度对PCL结晶形态的影响。结果表明:基底材料对PCL结晶形态的影响是比较显著的,PCL在硅片上呈棒状,在云母和涂有碳膜的云母上呈树枝状。溶剂对PCL结晶形态的影响明显,其结晶形态的差别与蒸汽压有关。在不同的温度下PCL结晶形态都成树枝状晶体,且分枝宽度随着过冷度的降低而增加。     

具有交联聚合活性的聚3-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)噻吩的合成及其性能

以三氯化铁为催化剂,采用氧化偶联聚合法合成具有交联活性的聚3-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)噻吩(P3MET).用红外光谱、凝胶液相色谱、等速升温热失重分析、紫外-可见光光谱和循环伏安法表征聚合物的结构、热稳定性能和光电性能.结果表明:聚合物的氯仿溶液在350～573 nm处有吸收,最大吸收峰位于410 nm,其禁带宽度为2.1 eV;聚合物的热分解温度为300～400℃,热稳定性能良好;聚合物的电子亲和势能级为3.52 eV,电子离子势能级为5.62 eV.     

聚（3，4-二氯）噻吩的制备及表征

以四氯噻吩为原料,采用化学合成法制备了聚（3,4-二氯）噻吩．对影响合成材料结构规整度的溶剂极性进行了初步探讨,并采用元素分析、红外光谱、^13C NMR核磁谱等对目标产物进行了表征．结果表明,当采用极性较低的乙二醇二甲醚作溶剂时,可得到规整度较高的目标产物．