半導(dǎo)體光催化聚合制備新型無(wú)機(jī)-聚合物納米復(fù)合光電導(dǎo)材料.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,特別是在傳感、探測(cè)、預(yù)警等領(lǐng)域?qū)怆妼?dǎo)材料提出了更高的要求。研究納米無(wú)機(jī)半導(dǎo)體-聚合物復(fù)合光電導(dǎo)材料是當(dāng)前國(guó)際上光電材料科學(xué)研究的前沿與熱點(diǎn)之一。目前,這類材料主要是以PVK為主體的摻雜體系。雖然報(bào)道的納米半導(dǎo)體摻雜粒子種類很多,如CdS、CdSe、TiO2、SiO2、ZnS等,但這類光電導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法比較單一,用的最多的是納米微粒直接分散法和納米微粒原位生成法。前者一般會(huì)造成納米粒子的團(tuán)聚;后者對(duì)反應(yīng)前驅(qū)體或

2、反應(yīng)物有特定的要求,能用這種方法合成納米無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的種類非常有限,目前報(bào)道的僅有含硫半導(dǎo)體。另外,這兩種方法在制備過(guò)程中,由于納米半導(dǎo)體與聚合物之間只是物理接觸,復(fù)合材料的界面性質(zhì)得不到改善。而納米半導(dǎo)體光催化聚合由于納米粒子直接參與了引發(fā)聚合過(guò)程,粒子與聚合物之間存在化學(xué)作用,界面性質(zhì)會(huì)得到改善,利于提高復(fù)合材料的光電導(dǎo)性能。
　　 在本文的研究工作里,選用光電性能和光催化性能都比較好的納米ZnO半導(dǎo)體作摻雜體,利用半導(dǎo)體光催

3、化聚合制備了新型的無(wú)機(jī)-聚合物納米復(fù)合光電導(dǎo)材料。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1、采用溶膠-凝膠(Sol-Gel)法制備了單分散、大小均一的ZnO納米粒子。XRD結(jié)果表明,ZnO粒子為六角晶系纖鋅礦晶型。
　　 2、首次實(shí)現(xiàn)了納米ZnO半導(dǎo)體光引發(fā)聚合N-乙烯基咔唑,并且是首次制備ZnO-PVK納米復(fù)合光電導(dǎo)材料。TEM結(jié)果顯示,納米ZnO粒子均勻分散在PVK基體中,解決了傳統(tǒng)方法制備無(wú)機(jī)-聚合物納米復(fù)合材料出現(xiàn)的粒

4、子團(tuán)聚問(wèn)題。
　　 3、通過(guò)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熒光分析,對(duì)比同濃度的純PVK,發(fā)現(xiàn)ZnO-PVK納米復(fù)合材料的熒光發(fā)射強(qiáng)度減弱,熒光壽命變短。說(shuō)明在ZnO與PVK的界面處發(fā)生了光誘導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移。
　　 4、半導(dǎo)體光催化聚合制備的ZnO-PVK納米復(fù)合材料的光電導(dǎo)性能好于普通自由基聚合的復(fù)合材料。這是因?yàn)閆nO與PVK的界面性質(zhì)得到改善,促進(jìn)了光致電荷轉(zhuǎn)移的發(fā)生,從而提高了光生空穴和電子的分離效率。
　　 5、ESR結(jié)果表

5、明,在光催化聚合過(guò)程中,ZnO與PVK之間的光致電荷轉(zhuǎn)移不可逆,致使PVK咔唑環(huán)被氧化,ZnO粒子被還原。XPS結(jié)果顯示,氧化還原發(fā)生在納米氧化鋅的表面O原子與PVK的N原子之間,在ZnO與PVK的界面處形成了N-O鍵。納米半導(dǎo)體光催化聚合制備的復(fù)合材料具有的這種獨(dú)特的界面性質(zhì)使材料光電導(dǎo)性能得以提升。
　　 6、光電導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)中,在ITO與ZnO-PVK層之間增加ZnO層可以改善電子和空穴的傳輸不平衡性,大幅度提高器件的光電導(dǎo)