銅基有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦晶體的性能表征與調(diào)控【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　高分子材料與工程</b></p><p>　　銅基有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦晶體的性能表征與調(diào)控</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在現(xiàn)代的生產(chǎn)

2、生活中，電訊器材正向小型化、輕型化和高性能的要求發(fā)展，因此對導(dǎo)電材料提出了更高的要求。科學(xué)研究思路已從三維的宏觀物體擴(kuò)展到介觀態(tài)的薄膜甚至是一維的納米微粒。</p><p>　　1994年，IBMwaston實驗室的科學(xué)家D.B.Mitzi發(fā)現(xiàn)，隨著n的增加，一類具有層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化晶體(C4H9H3)2(CH3NH3)n-1，SnI3n+1表現(xiàn)出奇特的從半導(dǎo)體特性向金屬特性轉(zhuǎn)變的趨勢，顯示了這類鈣

3、鈦礦結(jié)構(gòu)功能材料在光電器件領(lǐng)域中的巨大應(yīng)用前景，從而引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。這種新型的層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化晶體材料在光電領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)市場，開創(chuàng)了光電功能材料研究的新領(lǐng)域。</p><p>　　雖然早在1884年，H.Topsoe就合成了這類層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化晶體材料，但并未引起足夠的重視。隨后的一百多年，由于這類雜化材料具有獨特的二維層狀結(jié)構(gòu)，其電學(xué)、磁學(xué)，和熱力學(xué)等性

4、質(zhì)得到了較深入的研究，但對這類材料的光電性能的研究報道并不多。1994年至1995年，Nature和Science上相繼發(fā)表了D.B.Mitzi對這類層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的研究報道，引起廣泛關(guān)注，開創(chuàng)了鈣鈦礦材料在光電器件領(lǐng)域研究的新紀(jì)元。隨后很多科學(xué)家加入到研究雜化鈣鈦礦材料的隊伍，制備了一些新型的以鈣欽礦晶體為基礎(chǔ)材料的光電器件，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域都取得了豐碩的研究成果。</p><p>　　在提高有機(jī)半

5、導(dǎo)體材料遷移率和光電轉(zhuǎn)換率的同時，有機(jī)-無機(jī)雜化的方法還可以提高材料穩(wěn)定性。由于有機(jī)-無機(jī)雜化半導(dǎo)體材料自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，僅有的工作還只停留在用過DSC、TGA的方法測試材料在熱外場的作用下的變化，而對于有機(jī)-無機(jī)雜化方法對材料穩(wěn)定性的提高程度、作用機(jī)制、調(diào)控手段等還缺乏足夠的研究，至于該類材料的光穩(wěn)定性的研究還未見報道。</p><p><b>　　2、實驗方法</b></p>

6、<p><b>　　2.1晶體制備技術(shù)</b></p><p>　　基于IV-A族金屬( Sn, Pb, Ge)鹵化物的層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu), 有機(jī)-無機(jī)雜化材料的光電特性受到了十分廣泛的關(guān)注與研究。然而, 其溶液加工性能以及濕熱穩(wěn)定性并不如人意。相反, 基于Cu的層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有機(jī)無機(jī)雜化材料則顯示出了良好的加工性能和穩(wěn)定性。目前, 對于該類材料的研究多集中于磁性以及溫度依賴的結(jié)構(gòu)

7、相變, 對于其光電性能的研究尚不多見。目前層狀鈣鈦礦有機(jī)-無機(jī)雜化晶體制備技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)報道了采用溶液冷卻法、蒸發(fā)溶劑法、層狀溶液法、凝膠法等方法制備了各種雜化鈣鈦礦單晶。</p><p>　　2.1.1溶液冷卻法</p><p>　　這是目前制備有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦晶體最常用的方法。它通過對體系降溫速度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對體系過飽和度的控制，研究不同降溫速率下晶體的生長情況。</p>

8、;<p>　　2.1.2蒸發(fā)溶劑法</p><p>　　通過改變溫度、蒸發(fā)速率實現(xiàn)對體系過飽和度的調(diào)節(jié)與控制，研究不同的蒸發(fā)速率下晶體的生長情況。例如T.Hattori采用丙酮峭基甲烷為混合溶劑(體積比為1:2)，生長出(C6H5C2H4NH3)2PbCl4晶體、。由于雜化鈣鈦礦能溶于丙酮，而不溶于硝基甲烷，當(dāng)丙酮首先蒸發(fā)完時，溶液呈過飽和，就可以析出預(yù)期的雜化鈣鈦礦單晶。這種方法析出的晶體質(zhì)量比冷

9、卻溶液法低，而且蒸發(fā)溶劑的時間較長。</p><p><b>　　2.2薄膜沉積技術(shù)</b></p><p>　　有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料與無機(jī)材料相比，最大的優(yōu)點就是可以用簡便、低成本的方法大面積制備薄膜。觀察強(qiáng)的發(fā)致發(fā)光現(xiàn)象和制造光電器件都需要高質(zhì)量的薄膜和好的形態(tài)結(jié)構(gòu)，因此合適的薄膜加工方法十分重要。雖然從溶液法制得的鈣鈦礦單晶也很有用，但一般情況下由于晶體

10、尺寸太小(約為0.2Inln左右)，質(zhì)量不夠高，而不能直接用于光電器件上，所以采用合適的薄膜沉積技術(shù)制備鈣鈦礦薄膜對獲得高質(zhì)量的光電功能器件具有十分重要的意義。</p><p>　　而常用的薄膜沉積技術(shù)有旋轉(zhuǎn)涂覆法。旋轉(zhuǎn)涂覆法旋轉(zhuǎn)涂覆法就是將鈣鈦礦單晶用溶劑溶解，再將溶液涂在襯底上，通過旋轉(zhuǎn)圓盤使大部分溶液因旋轉(zhuǎn)而甩出，只有少部分留在襯底上，這些溶液在表面張力和旋轉(zhuǎn)離心力聯(lián)合作用下，逐漸展開形成均勻的膜。旋轉(zhuǎn)涂覆

11、法可以使雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料沉積到不同的基底上，包括玻璃、石英、塑料、藍(lán)寶石和硅片等。與這種技術(shù)相關(guān)的條件包括基底、溶劑的選擇，雜化材料在溶劑中的濃度，基底的溫度和旋涂速度等。因為光電功能器件需要一定的穩(wěn)定性，通過改變相關(guān)條件或者對其進(jìn)行調(diào)控，能找出最佳的工藝參數(shù)。</p><p>　　襯底在沉積前要根據(jù)需要進(jìn)行親水或親油前處理，以改善溶液在襯底表面的潤濕性。沉積后要對薄膜進(jìn)行低溫退火后處理(T<250℃)，

12、以改善晶體結(jié)構(gòu)和相純度;不同的后處理溫度得到的薄膜外觀形態(tài)和內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)差別也很大，一般高溫后處理得到的薄膜的晶粒較大，光電器件的性能較好。旋轉(zhuǎn)涂覆法簡單，成本低廉，容易大面積成膜，但是由于溶劑要既能溶解雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶體，又要與襯底有好的潤濕性，因此溶劑的選擇困難，而且分子取向度和載流子遷移率不高，膜厚度、膜的均勻性及表面形態(tài)難以控制，限制了旋轉(zhuǎn)涂覆的應(yīng)用范圍。旋轉(zhuǎn)涂覆是最常見的一種用溶液沉積鈣鈦礦薄膜的方法。</p>

13、<p><b>　　3、總結(jié)</b></p><p>　　層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有機(jī)-無機(jī)雜化材料是一種利用分子內(nèi)氫鍵作用, 通過有機(jī)、無機(jī)分子的自組裝形成的一種低維有序雜化材料。該類材料利用金屬鹵化物形成的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)構(gòu)筑有序的載流子傳輸網(wǎng)絡(luò), 利用有機(jī)組分實現(xiàn)雜化材料在有機(jī)溶劑中的溶解性, 使其具有高遷移率和易加工性能, 在光、電、磁等多方面都顯示了優(yōu)越性, 已經(jīng)成為目前國際上半導(dǎo)體材料

14、研究的又一個新的動向。光照對組成材料的有機(jī)分子、無機(jī)分子都有一定的作用而發(fā)生一系列的光化學(xué)過程，對鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的雜化材料光穩(wěn)定性研究具有指導(dǎo)意義。</p><p>　　有機(jī)一無機(jī)雜化能理想地將有機(jī)和無機(jī)的特性結(jié)合在一個分子復(fù)合體內(nèi)，并且通過兩種成分的結(jié)合激發(fā)新的特性，展現(xiàn)出有趣的磁性、光學(xué)性及電學(xué)現(xiàn)象。因此這種新型的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料在光電領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)市場，引起了廣泛關(guān)注。目前，帶

15、有不同官能團(tuán)的有機(jī)分子的變換己成為研究重點，一系列具有獨特發(fā)色基團(tuán)的有機(jī)染料小分子，甚至聚合物已經(jīng)被用于合成類鈣鈦礦有機(jī)一無機(jī)分子組裝材料。</p><p>　　但到今為止研究的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化材料并沒有充分發(fā)揮有機(jī)組份的功能，包括BIM公司在內(nèi)的工作基本上還都是利用有機(jī)組分的溶解性和勢壘作用，來改善半導(dǎo)體材料的加工性能，還很少涉及到對鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的能級調(diào)控，以獲得人們所預(yù)期的各種性能。因此我們可以通過設(shè)

16、計合適的有機(jī)分子和無機(jī)分子，并通過化學(xué)修飾對有機(jī)分子進(jìn)行改性，同時改進(jìn)晶體和薄膜制備技術(shù)，以提高各種器件的性能。獲得一類高性能的層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有機(jī)/無機(jī)雜化半導(dǎo)體晶體或者薄膜材料的研究方法，不僅在研究方法和研究思路上有重要創(chuàng)新，在科學(xué)上有重大意義，而且對于開拓一系列在未來光電領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料與器件具有重大的意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&

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