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《南昌大学》 2010年
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基于光电器件活性层聚噻吩/ZnO杂化体系异质结的制备与研究

彭小明  
【摘要】: 近年来,由于导电聚合物光学器件其分子结构可以自行设计合成、加工容易、毒性小、成本低、可以制备大面积轻盈薄膜等优点,有机/无机杂化光学器件被人们广泛研究。将具有高迁移率的无机半导体纳米晶引入到共轭聚合物体系中,制作的无机纳米晶/共轭聚合物杂化光学器件综合了两种材料的优点:既利用了无机纳米晶载流子迁移率高、化学稳定性好的特点;又保留了高分子良好的柔韧性和可加工性。 传统无机纳米晶/共轭聚合物杂化材料制备方法是物理共混法:先通过有机金属法、溶胶凝胶法等方法在有机溶剂中合成不同粒径和形貌的无机纳米晶,在有机溶剂中直接与共轭聚合物溶液形成均相体系。在采用物理共混法制备无机纳米晶/共轭聚合物杂化太阳能电池时,研究人员遇到的最大的难题时难以得到有效均匀分散的连续互穿网络结构的共混物;其次,共轭聚合物与无机纳米粒子共混时需要选取混合溶剂,从而影响复合体系的相容性和聚合物链段的取向。 为了改善纳米晶在共轭聚合物中的分散性,我们常用表面活性剂对纳米晶Z进行表面改性。改性后的纳米晶分散性得到提高,但表面改性剂只是物理包覆在纳米晶表面,表面改性剂或配体与纳米晶之间的相互作用微弱,易受加工和使用条件的影响,杂化材料不稳定。与简单的物理包覆不同,无机纳米晶的表面化学修饰法师通过化学键将纳米晶与改性剂相互作用,提高了修饰的纳米晶与聚合物的稳定性。今年来对有机与无机材料以化学键的方式共混制备杂化材料展开了研究,这些结果表明经表面通过化学键作用聚合物修饰的无机纳米晶与共轭聚合物共混得到的杂化材料光学性能、稳定性以及在有机溶剂中的分散性得到改善。 本文首先通过溶胶凝胶原位水解法成功合成ZnO@PPEGMA壳核复合结构纳米晶。ATRP引发剂2-溴异丁酰溴通过酰溴与ZnO表面羟基的酯化反应固定在ZnO纳米粒子表面,再由ATRP引发聚合甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯(PEGMA)得到粒子表面接枝聚(甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯)(PPEGMA)的改性ZnO纳米粒子(PPEGMA@ZnO),表面引入PPEGMA后,ZnO纳米粒子的在溶剂中分散性得到提高,它的近带边发射峰发生蓝移。 其次,本文尝试用原位共混法制备杂化材料,通过在共轭聚合物体系中引入无机纳米晶的先驱化合物或金属离子,再通过相应手段原位合成无机纳米晶/共轭聚合物杂化体系。这种方法主要优点在于一方面能有效地改善有机聚合物与无机纳米晶之间的分散性,合成具有互穿网络结构的共混型异质结体系,另一方面,还可以利用有机聚合物模板原位控制纳米粒子的生长,从而控制纳米粒子的大小和形貌。这种方法能有效地增加复合体系中的异质结界面,增强共轭聚合物/纳米粒子之间的电子偶合作用,较好改善电荷转移效率。我们运用原子转移自由基聚合(ATRP)原理,原位法合成了聚噻吩/ZnO纳米晶杂化体系。通过使用镍催化剂合成了2,5-聚{3-[1-甲基-2(2-溴异丁酰溴)]噻吩},然后把甲基丙烯酸锌嫁接到含自由基引发基团的聚噻吩上,该共聚物成膜后原位水解形成聚噻吩/ZnO纳米晶杂化体系。通过扫描电镜观察到杂化模中生成ZnO纳米晶,尺寸均匀,无团聚现象;同时,我们在该杂化体系中观察到了荧光淬灭效应,最大为85%,表明该体系在太阳能电池中有潜在的应用前景。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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