纳微米聚(3,4-二氧乙基噻吩)导电高分子的合成及其性能研究

在导电高分子家族中,聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)由于具有高的电导率、环境稳定性、透明性以及良好的成膜性等优异性能而广泛地应用于有机电致发光器件、太阳能电池、防静电、电致变色器件、传感器等领域.本论文研究了绝缘高分子聚乙二醇(PEG)和乙二醇、一缩二乙二醇等有机极性溶剂提高PEDOT/PSS(聚苯乙烯磺酸钠)电导率的机理,并通过改变稳定剂、掺杂剂等因素制备了具有不同结构和性能的PEDOT胶体颗粒以及PEDOT/PMMA(聚甲基丙烯酸酯)复合微球,取得了以下主要的创新性结果:1.通常,在导电高分子中加入绝缘高分子会降低其电导率.然而在PEDOT/PSS中加入绝缘高分子PEG,不但没有降低其电导率,反而大大提高了其电导率.PEG浓度对复合膜电导率的影响很大.其电导率最大值比PEDOT/PSS提高了两个数量级.而且,复合膜电导率最大值随PEG分子量的增加而降低,呈现良好的线性关系.     

导电高分子PEDOT/PSS保护银纳米颗粒的制备与表征

利用导电高分子聚(3,4-二氧乙基噻吩)/聚(对苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)作保护剂,制备了银纳米颗粒,用UV-Vis和TEM对其进行了表征.结果表明,选择合适量的PEDOT/PSS保护剂可以得到大小分布较窄银纳米颗粒.     

导电聚合物有序超薄膜的合成及其作为有机电致发光器件空穴注入层

采用修饰多层LB膜的方法制备了导电聚合物聚-3,4-乙烯二氧噻吩/二十烷酸(PEDOT:AA)复合层状有序膜, 构筑了一种导电聚合物镶嵌的多层有序膜结构. 将这种导电聚合物有序薄膜沉积于ITO电极表面, 将其作为有机电致发光二极管(OLED)的空穴注入层, 并研究了ITO/(PEDOT:AA)/MEH-PPV/Al器件的性能. 研究结果表明, 与采用聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)自组装膜和旋涂膜作为空穴注入层的ITO/(PEDOT:PSS)/MEH-PPV/Al器件相比, 器件的发光效率增加, 起亮电压降低. 我们认为这是由于PEDOT:AA薄膜提供了一种有序层状结构后, 减小了ITO与MEH-PPV间的接触势垒, 改善了空穴载流子注入效率. 进一步的研究表明, 由于PEDOT:AA多层膜间靠较弱的亲水、疏水作用结合, 这种导电多层有序膜的热稳定性与普通LB膜相似, 在较高温度下发生从层状有序态到无序态的变化, 这是导致OLED器件性能发生劣化的主要原因.     

聚乙烯醇导电水凝胶制备的综合实验设计

设计了聚乙烯醇(PVA)导电水凝胶制备的综合实验.实验设计包括:前期文献调研、聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT ∶ PSS)掺杂PVA水凝胶(PEDOT ∶ PSS/PVA)的制备、水凝胶结构表征与性能测试等部分.采用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜分别表征了 PEDOT∶ PSS/PVA的组成与形...     

计算机模拟研究聚合物纳米复合材料的分散与界面

针对聚合物纳米复合材料,系统综述了计算机模拟技术(分子动力学模拟)在纳米颗粒的分散与聚合物-纳米颗粒界面作用取得的成果与进展,包括不同形状纳米颗粒在聚合物基体的分散机理、相行为与微观结构、纳米颗粒对分子链构象的影响(分子链均方回转半径的变化)、分子链在纳米颗粒表面结构(取向与排列)、分子链与纳米颗粒界面作用能、界面区分子链活动性与纳米颗粒形成的网络结构.为构建聚合物纳米复合材料的组成、结构与性能之间的关系,提出了3个模拟方面的挑战,包括发展长时间跨尺度计算机模拟技术、建立准确模拟材料力学性能的方法与导电导热功能性的模拟.     

蚕丝蛋白与类动物丝蛋白聚合物共混膜的振动光谱研究

蚕丝纤维具有优良的力学性能 ,不同的环境条件对其力学性能有一定的影响 ,但其力学性能主要取决于形成纤维过程中所形成的以分子链 β-折叠结构及其沿纤维轴方向高度取向为特征的丝纤维凝聚态结构 [1,2 ] .因此在丝纤维的形成及丝蛋白膜的人工制备过程中 ,丝蛋白分子链的构象及其构象转变一直是研究的重点[3～ 6 ] .以蚕丝蛋白 (Silk Fibroin,SF)稀溶液在常温下浇铸的 SF膜一般以无规线团 /α-螺旋为主的构象状态存在 ;经热处理、极性溶剂 (如甲醇等 )处理、应力作用或共混入一些能与SF形成分子间氢键的聚合物组分后 ,SF膜的构象将从无…     

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸导电复合物的结构与性能

3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)以木质素磺酸(LS)作载体,通过化学氧化法聚合形成了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸(PEDOT/LS)导电复合物.该导电复合物的结构与性能分别采用紫外可见分光光度计、红外光谱仪、zeta电位及粒度分析仪、原子力显微镜、X-射线光电子能谱仪、X-射线衍射仪、四探针测试仪、电泳仪,以及表面电阻仪来表征.结果表明,EDOT能在LS水溶液中氧化聚合,得到水分散性PEDOT/LS导电颗粒.该颗粒是一种聚电解质复合物,等量电荷配比的PEDOT/LS位于内核而富余的亲水性LS包在外层.LS与PEDOT两者之间存在较强的作用力,无法通过电泳分开.X-射线衍射仪结果表明该复合物是无定型的.当LS与EDOT单体质量比从0.7∶1升高至3.0∶1时,复合物的粒径从673 nm降低至348 nm,涂膜表面变得均匀,同时表面电阻从1.9 kΩ/sq上升至87.2 kΩ/sq.用PEDOT/LS配置得到的抗静电剂,可以使玻璃片表面电阻从1012Ω/sq减小至107Ω/sq.     

后处理过程中以水为溶剂的干法纺再生丝素纤维的结构演变

以水为溶剂的干法纺再生丝素蛋白纤维可通过后处理提高其力学性能,且后处理方法对纤维性能的提高程度有很大影响。为了优化干法纺再生丝素蛋白纤维的后处理工艺,定量研究了两种后处理方法中再生丝素蛋白分子的取向结构和构象演变,即方法A(纤维先在φ=80%的乙醇水溶液中浸泡1 h,再在热蒸汽中拉伸2倍)与方法B(纤维先在φ=80%的乙醇水溶液中拉伸2倍,再在该溶液中浸泡1 h)。探讨了纤维结构变化与力学性能之间的关系。结果表明:在乙醇水溶液中或在热蒸汽中拉伸均比仅在乙醇水溶液中浸泡更有利于丝素蛋白的构象转变,也对提高丝素蛋白分子链的取向更为有效。与方法A相比,方法B更能提高纤维的取向程度、β-折叠构象的含量以及力学性能。     

修饰LB膜法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩薄膜

采用修饰Langmuir-Blodget(LB)膜法以二十烷酸(AA) LB膜为模板, 通过3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体在LB膜亲水基团间聚合, 制备了AA/PEDOT复合LB膜. 实验分析表明薄膜具有较好的层状有序结构, 并进一步研究发现EDOT在AA多层膜中的聚合破坏了原有LB膜的有序性, 这与聚合过程对层状结构产生的破坏作用有关; 研究了薄膜导电性能, 发现AA/PEDOT多层膜的电导率随处理时间的变化产生突变, 这与多层膜中导电通道的“渝渗”有关, 在有效导电网络连通后电导率发生了突变. 测试结果还表明AA/PEDOT膜导电性明显优于PEDOT旋涂膜和十八胺-硬脂酸/聚(3,4)乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺(ODA-SA/PEDOT-PSS)复合膜.     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐热电性能的 提升策略研究进展

近十年,有机聚合物及其复合热电材料与柔性器件取得了显著进展,在废热回收利用、可穿戴电子学、软体机器人和物联网等领域有广泛的应用.其中,聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是迄今研究最多也是性能最高的聚合物体系.本文对近年来有关PEDOT:PSS热电性能有效提升主要策略的文献报道进行了总结.首先,从PEDOT:PSS的二次掺杂/去掺杂、酸或碱处理和离子液体处理方面等,重点论述了掺杂/去掺杂策略的研究进展;然后,分别从改善聚集态结构、构筑PEDOT微纳米结构和与碳纳米材料复合等3个方面,重点介绍了采用此3种策略提升PEDOT:PSS热电性能的研究进展;最后,对该领域进行总结,提出了开展进一步研究的建议,并对其未来发展前景进行展望.     

原位聚合聚(3,4-乙烯二氧噻吩):π共轭聚电解质应用于聚合物太阳能电池空穴传输层

以带磺酸基团的π共轭聚电解质为模板,采用化学氧化还原方法制备了在水相中稳定分散的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)与聚电解质的复合物,并用作聚合物太阳能电池的空穴传输层.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)、紫外光电子能谱(UPS)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和接触角等对聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和复合物薄膜的形貌和光电性能进行测试与表征.结果表明,相比于PEDOT:PSS,PEDOT:聚电解质复合物作为空穴传输层,具有合适的能级结构、高达95%的透光率(30 nm)、更疏水的表面形貌以及更高的空穴迁移率,有利于与活性层形成欧姆接触并提高空穴的注入和收集效率,进而提高器件的光伏性能.     

基于WOx/PEDOT:PSS复合空穴传输层的高效稳定平面异质结钙钛矿太阳电池

在基于钙钛矿/富勒烯平面异质结的钙钛矿太阳电池中,PEDOT:PSS是最常使用的空穴传输材料. 但PEDOT:PSS呈酸性,会腐蚀金属氧化物透明电极,使器件的电极界面稳定性欠佳. 本文将高功函的氧化钨（WO_x）插入到PEDOT:PSS和FTO之间,形成WO_x/PEDOT:PSS复合空穴传输层,这样既可以避免PEDOT:PSS与FTO直接接触,提高器件的稳定性,又可以进一步降低电极界面的接触势垒,从而提升器件的性能. 作者研究了复合传输层对透光率、钙钛矿形貌、钙钛矿结晶、光伏性能及器件稳定性的影响. 基于WO_x/PEDOT:PSS复合空穴传输层的电池效率可以达到12.96%,比单纯的PEDOT:PSS的电池效率(10.56%)提升了22.7%,同时器件的稳定性也得到大幅改善.     

可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

设计合成了3种可溶液加工的基于噻吩给体和2-吡喃-4-亚基丙二氰(PM)受体的新型Donor-Acceptor-Donor(D-A-D)型有机小分子TPT-N, TPT-S和TPT-D. 研究了噻吩给体单元上烷基链的数目对分子的溶解性、 光物理(吸收特性)、 热稳定和光电性能的影响. 结果表明, 随着烷基链的增加, 分子的溶解性增加, 成膜性能提高; 分子在溶液中的吸收光谱发生红移, 薄膜的吸收谱带变窄, 分子的最高占有分子轨道(HOMO)能级提高. 以D-A-D型有机小分子为给体, 富勒烯C₆₀衍生物-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)为受体制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/D-A-D∶PCBM/LiF/Al的体异质结太阳能电池. 研究结果表明, 基于单烷基链的TPT-S的太阳能电池具有相对较高的能量转换效率. 说明在D-A-D型有机小分子太阳能电池材料中, 烷基链的数目是决定材料性能及器件性能的重要因素之一.     

二甲基亚砜改性聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸薄膜的研究及应用进展

二甲基亚砜(DMSO)被称为“万能溶剂”,除了在化学、医学、化妆品等领域的常规应用,在有机电子领域也有展现出特色应用。 聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是一类卓越的水分散性导电聚合物材料,具有优异的可加工性、混合性、生物兼容性、成膜性以及可商业规模生产等优势,被广泛应用于抗静电涂层、透明电极、有机太阳能电池、超级电容、生物传感等新材料和绿色能源领域。 DMSO对调控PEDOT:PSS薄膜的形貌、导电、热电、功函,界面接触、力学、自修复等性能具有重要作用。 基于我们团队及国内外学者在本领域的研究成果,本文系统综述了DMSO对PEDOT及其衍生物:PSS(PEDOTs:PSS)作用的效果及其机制,探讨了应用中面临的问题与挑战。     

一种非线性结构空穴传输材料的合成及其光伏性能研究

以三苯胺为电子给体单元,4-叔丁基-甲氧基苯环为母核,设计合成了1种非线性“Y型”结构的空穴传输材料（2TPA-ph-tbyl）。光电化学测试结果表明该材料与钙钛矿材料能级匹配。单晶X射线衍射结果表明,该分子通过端位基团三苯胺形成分子间C-H/π相互作用。这种较强的侧链堆积作用使2TPA-ph-tbyl获得了3.13× 10-5 cm2 V-1 s-1的空穴迁移率,是商用空穴传输材料PEDOT：PSS的1.5倍。将其制备成倒置结构钙钛矿太阳能电池,开路电压达到1000 mV、短路电流密度为21.53 mA?cm-2,填充因子为0.71,其光电转换效率达到15.2%,高于PEDOT：PSS（13.7%）。稳态光致发光和阻抗测试表明,2TPA-ph-tbyl可以促进钙钛矿-空穴传输材料界面电荷传输,降低界面电荷复合,从而提高电池的开路电压和短路电流。上述结果表明,具有非线性结构的空穴传输材料可以通过增强分子间的侧链堆积效应,提高材料的空穴迁移率,进而提高电池的光电转换效率。     

绿色单峰发光聚(9,9-二烯丙基芴)的合成及其发光机制

为了得到绿色单峰发光的聚合物材料, 我们设计并合成了9位取代的二烯丙基芴单体, 在NiCl₂的催化下, 合成了可溶的聚芴衍生物, 聚(9,9-二烯丙基芴)(PAF). 较短的烯丙基链既可以增加聚芴的溶解度, 双键的存在又有利于聚芴发生分子间聚集而得到绿光发射的有机电致发光器件(OLED). PAF在溶液和薄膜状态下的荧光峰分别位于403和456 nm的蓝光区域, 而其器件ITO/PEDOT:PSS/PAF/LiF/Al(其中, ITO为氧化铟锡, PEDOT为聚(3,4-乙撑二氧噻吩), PSS为聚苯乙烯磺酸盐)的电致发光峰却红移至绿光区域(532 nm), 得到绿色单峰发光. 紫外吸收光谱、荧光发射光谱、红外光谱以及原子力显微镜(AFM)图像的结果证明, 造成PAF电致发绿光的机制为聚合物分子间聚集.     

氧化石墨烯掺杂PEDOT:PSS作为空穴注入层对有机发光二极管发光性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)掺杂聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)作为空穴注入层对有机发光二极管发光性能的影响. 在PEDOT:PSS水溶液中掺入GO, 经过湿法旋涂和退火成膜后, 不仅提高了空穴注入层的空穴注入能力和导电率, 透光率也得到了相应的提高, 从而使得有机发光二极管(OLED)器件的发光性能得到了提升. 通过优化GO掺杂量发现, 当GO掺杂量为0.8%(质量分数)时, 空穴注入层的透光率达到最大值(96.8%), 此时获得的OLED器件性能最佳, 其最大发光亮度和最大发光效率分别达到17939 cd·m^-2和3.74 cd·A^-1. 与PEDOT:PSS 作为空穴注入层的器件相比, 掺杂GO后器件的最大发光亮度和最大发光效率分别提高了46.6%和67.6%.     

修饰Langmuir-Blodget膜法制备聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)薄膜结构和导电性能的研究

采用修饰Langmuir-Blodget(LB)膜法以二十烷酸(AA)LB膜为模板,通过3,4-亚乙基二氧噻吩(EDOT)单体在LB膜亲水基团间聚合,制备了二十烷酸/聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(AA/PEDOT)复合LB膜.UV-Vis、FTIR和XPS分析表明EDOT在多层膜中有效聚合,生成了PEDOT导电聚合物;X射线衍射(XRD)和二次离子质谱(SIMS)分析表明薄膜具有较好的层状有序结构,进一步研究发现EDOT在AA多层膜中的聚合破坏了原有LB膜的有序性,这可能与聚合过程对层状结构产生的破坏作用有关;采用四探针仪及半导体测试仪研究了薄膜导电性能,发现AA/PEDOT多层膜的电导率随处理时间的变化产生突变,这与多层膜中导电通道的"逾渗"有关,在有效导电网络连通后电导率发生了突变.测试结果还表明AA层和PEDOT层之间具有较为明显的界面,PEDOT显示出较好的定域性,薄膜具有很好的层状有序结构.     

双-锌卟啉对DABCO分子识别的立体构象及其热力学研究

合成了系列不同长度以柔性侧链相连的p/p型双-锌卟啉配合物,用¹H NMR和UV-Vis研究了不同温度下该系列配合物与刚性双齿配体DABCO(1,4-二氮杂双环)的轴向配位反应,考察了侧链长度对双-锌卟啉与配体的分子识别能力影响。结果表明,主体分子双-锌卟啉可以对客体分子BABCO进行分子识别,合适长度的柔韧烷氧链可以调节主体分子的构象,使DABCO嵌入双卟啉两个卟啉环间空位中,形成锌卟啉-DABCO-锌卟啉三元夹心式配合物构象。探讨了配位反应中立体构象的变化过程,并测定了热力学参数。     

聚肽分子链构象转变研究

聚肽分子链在一定的条件下可发生右旋分子链构象与左旋分子链构象间的构象转变 .文中提出了一个有关这一现象的统计理论解释 ,理论包含了两个重要的参数γ、ρ .γ与右旋和左旋分子链构象间能量差别有关 ;ρ与在左旋分子链段中启始一个右旋构象的结构单元所需能量有关 .进一步考虑了体系中酸分子存在对构象转变的影响 ,以解释新近发现的聚肽左、右旋多重分子链构象转变现象 .此外 ,运用核磁共振 (NMR)手段还对这一现象做了进一步的研究 .通过与实验结果和文献中报告的数据比较 ,证明这一理论可以很好地解释聚肽分子链中发生的左、右旋分子链构象转变