聚合物-無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米纖維的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、自從1991年Lijima等發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(lái),一維(One-dimensional, 1D)或者準(zhǔn)一維納米材料的制備和功能研究開(kāi)始引起科學(xué)家和企業(yè)的廣泛關(guān)注。目前,制備一維無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)材料的方法很多,如氣-固、液-固、氣-液-固和自組裝等。在光電子器件微型化、納米化的發(fā)展趨勢(shì)下,二十一世紀(jì)之初,研究者們把目光集中到具有納米尺寸的電子聚合物材料的制備、特性和應(yīng)用研究上。結(jié)構(gòu)和性能各異的單組分和多組分的一維納米聚合物結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)海島雙組分

2、復(fù)合紡絲法、模板合成法、靜電紡絲法和高分子限定域合成等手段來(lái)制備的。2002年,美國(guó)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者A.G。 MacDiarmid教授的課題組報(bào)道了采用高壓靜電紡絲法(Electrospinning)制備出的聚苯胺電紡纖維的平均直徑達(dá)139nm,從而開(kāi)辟了聚合物、聚合物復(fù)合納米纖維研制的新思路。 -維半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)(點(diǎn)、線、管、帶)的尺度效應(yīng)使得它們具有普通的固體材料所不具備的特殊性能,例如,激光行為和高的光致發(fā)光特性

3、等。這些特殊的性能主要是由半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的能帶變化,或者其特殊的幾何構(gòu)型導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了附加的電子能級(jí)而引起的。如何將這些性能優(yōu)異的半導(dǎo)體納米材料與有機(jī)聚合物復(fù)合,制備性能卓越的一維納米復(fù)合材料,充分利用聚合物的彈性、韌性以及無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的硬度、耐熱性、耐摩擦性和化學(xué)穩(wěn)定性能等是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的課題。而在制備一維納米結(jié)構(gòu)材料方面,靜電紡絲技術(shù)以簡(jiǎn)便、易行的操作而受到人們的青睞。它足以聚合物及其混合物溶液或者熔體為原料,高壓靜電電場(chǎng)作

4、為驅(qū)動(dòng)力,熔體或溶液在電場(chǎng)力和靜電排斥力作用下被高速拉伸導(dǎo)致其細(xì)化,伴隨著溶劑的揮發(fā)或熔體的冷卻固化,最終在接收電極上形成纖維狀物質(zhì)。為此,本文篩選了具有良好光致發(fā)光和電致發(fā)光特性以及光電和非線性光學(xué)性能的聚對(duì)苯乙炔前驅(qū)體作為紡絲母液,通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體和一些聚合物遴選,利用靜電紡絲方法并結(jié)合溶膠一凝膠(Sol-gel)、自組裝(Self-assembly)等技術(shù)制備了多種一維聚合物/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合納米纖維材料,并對(duì)這些一維或者準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)

5、材料的發(fā)光特性進(jìn)行了研究。 具體研究?jī)?nèi)容如下： (1)以對(duì)氯芐和四氫噻吩為原料,制備了各種濃度的聚對(duì)苯乙炔先驅(qū)聚合物的水和乙醇溶液,并系統(tǒng)探究了其物理參數(shù)(粘度、電導(dǎo)率、表面張力等)對(duì)所得纖維表面形態(tài)的影響,從而揭示了溶液本身物理性質(zhì)對(duì)纖維表面態(tài)影響的相關(guān)信息,為進(jìn)-步復(fù)合纖維的制備奠定了基礎(chǔ)。 (2)利用高壓靜電紡絲技術(shù)結(jié)合溶膠-凝膠和分子自組裝手段,通過(guò)對(duì)二氧化鈦(TiO2)、硫化鎘(CdS)、硫化銀(Ag2

6、S)和硫化銅(CuS)等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料和聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)以及聚乙烯毗咯烷酮(PVP)等助成絲材料進(jìn)行優(yōu)選,制備了多種新型的一維聚合物/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體(PPV/TiO2, PVP/TiO2, PEO/Cds, PPV/PVA/CdS等)復(fù)合納米纖維氈。 (3)利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段(掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、熒光光譜和X射線光電子能譜等)對(duì)由一維聚合物/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合纖維所構(gòu)成的二維膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行表征。探究