PPV-n-型材料復(fù)合納米纖維和薄膜熒光及光電轉(zhuǎn)換特性的研究.pdf

1、聚對(duì)苯乙炔PPV是一種空穴傳輸型（p-型）聚合物半導(dǎo)體材料，具有良好的電致發(fā)光、光致發(fā)光、光學(xué)非線性、光伏以及光電導(dǎo)特性。在材料制備上它易于加工成型，且制備工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。在穩(wěn)定性上，空氣中可穩(wěn)定存在。目前材料的使用不再拘泥于單組分，具有p-n型結(jié)構(gòu)的多組分材料可以明顯提高復(fù)合物的電導(dǎo)率和光電子轉(zhuǎn)換特性，使其具有獨(dú)特的性質(zhì)和廣泛應(yīng)用，比如納米光探測(cè)器、功能性光發(fā)射二極管、光導(dǎo)、傳感器、催化等。已有許多報(bào)導(dǎo)將n-型無機(jī)納米粒子包括Cd

2、Se，SiO2，PbS等與p-型聚合物復(fù)合改善了薄膜光電子器件的效能。但是，在一維納米材料領(lǐng)域，具有p-n型結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料卻鮮有報(bào)導(dǎo)。
　　在過去的二十年里，一維納米材料的合成及其功能化研究已經(jīng)成為最受矚目的研究領(lǐng)域之一。一維納米材料由于具有維數(shù)低、高的表面積體積比而具有區(qū)別于普通固相材料的納米尺度效應(yīng)。獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)包括電、光以及磁學(xué)性質(zhì)使得他們?cè)谖⒓{米電子、光電子、等離子、醫(yī)療診斷、催化、藥物釋放、治療、化學(xué)傳感等領(lǐng)

3、域有廣泛應(yīng)用。一維納米結(jié)構(gòu)包括納米棒、納米線、納米帶、納米纜、納米纖維等等，他們通常的存在形態(tài)包括無紡布、枝干狀、折線狀、螺旋狀、直線狀等等。從材料的選擇上涉及到金屬、合金、半導(dǎo)體、碳、聚合物、陶瓷及分子等。
　　到目前為止，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了制備一維納米材料的方法。靜電紡絲法具有操作簡(jiǎn)單、低耗的優(yōu)點(diǎn)而廣為科學(xué)家關(guān)注。為了使納米纖維的形態(tài)和性能更加滿足多種領(lǐng)域的需要，研究者們對(duì)靜電紡絲的裝置進(jìn)行了不斷的優(yōu)化，對(duì)電紡溶液的選擇也采

4、取了多組分共混的方法，得到了具有核殼結(jié)構(gòu)、粘連、取向、螺旋及無機(jī)聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米纖維。盡管PPV難溶難熔，但它的前驅(qū)物具備可溶的特性，能夠采用電紡的方法得到納米纖維。因此，本文中對(duì)與PPV復(fù)合的材料進(jìn)行了篩選，選取與PPV的能級(jí)結(jié)構(gòu)相互匹配的n-型有機(jī)、無機(jī)材料。利用電紡和旋涂方法制備了功能性復(fù)合納米纖維和薄膜，并對(duì)納米纖維和薄膜的熒光特性和光電轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行了研究。
　　研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以對(duì)氯芐和四氫噻吩為原料

5、，制備了PPV前軀體溶液，并擇優(yōu)選取了乙醇作為前軀體的溶劑。通過調(diào)試靜電紡絲的裝置，采用共軸電紡的方法，制備了Alq3-PPV和PPV-Alq3核殼結(jié)構(gòu)的納米纖維。在復(fù)合物材料的準(zhǔn)備方面，進(jìn)一步為聚合物和有機(jī)無機(jī)材料找到合適的共溶劑，為復(fù)合納米纖維的制備奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)首次報(bào)導(dǎo)了將n-型材料包括富勒烯C60、C70、Alq3與p-型PPV前軀體復(fù)合，在合適的溶液參數(shù)和電紡參數(shù)條件下，采用靜電紡絲法制備了復(fù)合納米纖維。采用平

6、行電極法收集到取向納米纖維和單纖維并制作了PPV/C60和PPV/Alq3一維納米纖維的器件，納米纖維器件表現(xiàn)出高的光電響應(yīng)。特別是PPV/C60復(fù)合納米纖維器件在光照和避光條件下，光電流高出暗電流兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這種具有高光電性能的復(fù)合材料在光電子設(shè)備領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用。
　　(3)將n-型材料C60、C70、TiO2與p-型PPV前軀體溶液復(fù)合制備了復(fù)合物薄膜和相應(yīng)的光伏薄膜器件。復(fù)合物薄膜光電響應(yīng)明顯高于純聚合物PPV。成功監(jiān)測(cè)

7、了納米纖維以及復(fù)合物薄膜的熒光壽命并對(duì)比討論了富勒烯C60、C70與PPV的電紡纖維和薄膜的熒光性質(zhì)，為下一步工作的開展提供實(shí)驗(yàn)和理論上的依據(jù)。
　　(4)利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段包括透射電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡、掃描電子顯微鏡對(duì)納米纖維和薄膜的表面形態(tài)進(jìn)行分析。探究了復(fù)合物結(jié)構(gòu)對(duì)納米纖維和薄膜的光致發(fā)光、熒光效率、熒光壽命、光電轉(zhuǎn)換特性的影響，并對(duì)復(fù)合物材料的發(fā)光機(jī)理、光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理等進(jìn)行了深入的研究。此項(xiàng)研究不僅為聚合物/有