聚3-己基噻吩取向薄膜的制備及其結構研究.pdf

1、隨著信息時代的到來，人們對于半導體材料的需求也越來越大。傳統(tǒng)的無機半導體材料雖然具有較好的性能，但是它的生產成本很高，對環(huán)境的污染也很嚴重，因此人們迫切的需要一種新的半導體材料來代替它。有機半導體材料作為一類新型的半導體材料，不僅具有有機物自身質輕、柔軟、易獲得、易改性等優(yōu)點，同時也具有半導體材料的導電特性，因此受到了越來越多的關注。聚3-己基噻吩(P3HT)是因其自身優(yōu)異的光電特性而成為目前最受關注的有機半導體材料之一。
　　

2、 本論文的工作主要圍繞P3HT取向薄膜的制備及其結構的研究展開。主要內容如下:
　　 1.P3HT薄膜晶體的形貌和結構P3HT薄膜的電性能與其薄膜的形貌和結構密切相關。為了獲得具有更好的形貌和結構的薄膜，我們對P3HT薄膜的成膜條件及后處理過程進行了研究。通過在乙腈氣氛下溶液澆鑄成膜的方法，我們得到了厚度均勻的P3HT薄膜。將薄膜在不同溫度的四氫呋喃氣氛下退火后，我們在P3HT薄膜表面獲得了大量的樹葉狀晶體和納米線狀晶體。通過對

3、晶體的形貌和結構研究發(fā)現(xiàn)，兩種晶體都存在晶體a軸的面外取向，并且樹葉狀晶體具有更大更平整的晶體表面。通過控制薄膜晶體的生長條件，我們得到了不同數(shù)目和大小的樹葉狀晶體。
　　 2.P3HT摩擦取向薄膜的形貌和結構P3HT分子鏈在取向薄膜中有序排列可以提高分子問π電子的重疊程度，從而大大提高載流子在分子間的傳遞能力。我們通過摩擦取向的方法成功地制備了高分子量的P3HT取向薄膜。通過對薄膜的結構研究發(fā)現(xiàn)其分子鏈沿著摩擦方向取向，晶體的

4、a軸在薄膜面內垂直與摩擦方向取向，而b軸則垂直于薄膜表面取向。通過對薄膜的形貌研究發(fā)現(xiàn)，摩擦得到的薄膜上下表面的取向效果不同。為了提高薄膜的整體取向效果，我們嘗試了自成核結晶、直接退火、溶劑氣氛退火等方法對薄膜進行后處理，發(fā)現(xiàn)利用四氫呋喃氣氛處理薄膜可以在不破壞薄膜內部取向結構的前提下提高薄膜表面的取向效果。
　　 3.P3HT/PE的附生結晶行為摩擦得到的P3HT薄膜雖然具有取向結構，但其晶體的b軸是面外取向，而b軸的方向是載

5、流子遷移的主要方向，因此我們希望讓b軸面內取向。通過在熔體拉伸取向的PE薄膜上附生結晶的方法，我們得到了高度取向的P3HT薄膜。通過對兩種薄膜的形貌研究發(fā)現(xiàn)，兩種片晶在薄膜內都垂直于PE薄膜的拉伸方向取向排列，說明PE基底對P3HT薄膜有很強的成核作用。對兩種薄膜的結構進一步研究發(fā)現(xiàn)，P3HT晶體的c軸平行于PE薄膜的拉伸方向，b軸在薄膜面內垂直于拉伸方向，分子鏈在P3HT的(100)晶面和PE的(110)晶面的鏈間距相互匹配，兩者存在

6、明顯的附生關系。通過在取向的PE基底上旋轉涂覆P3HT薄膜的方法可以獲得大面積的P3HT取向薄膜。
　　 4.PE-39-propyl晶體結構的缺陷聚合物晶體內部往往存在一些缺陷，這些缺陷會破壞晶體內分子鏈的有序排列。同時，PE取向薄膜作為P3HT附生結晶的基底，它的晶體結構缺陷對于P3HT晶體的生長也有很大影響。因此，我們對PE晶體結構的缺陷進行了研究。通過對精確接枝聚乙烯（PE-39-propyl）晶體結構的研究發(fā)現(xiàn)，丙基側