本文關(guān)鍵詞：混合異質(zhì)結(jié)聚合物碳納米管有機(jī)光電探測器

  更多相關(guān)文章： 聚噻吩 碳納米管 混合薄膜 光致發(fā)光 有機(jī)光電探測

【摘要】：在現(xiàn)代納米科技迅速發(fā)展的今天,輸運(yùn)電子的碳納米管已經(jīng)被應(yīng)用到能很好輸運(yùn)空穴傳輸?shù)木酆衔锂?dāng)中。然而,在復(fù)合薄膜中使用碳納米管的主要障礙是以下幾個(gè)方面：1)碳納米管表面的可濕性。2)均勻地?cái)U(kuò)散碳納米管于聚合物中。這些障礙主要不是通過選擇極性或者非極性溶劑來解決,而是通過功能化碳納米管來實(shí)現(xiàn)的。一旦在溶液中能夠很好的擴(kuò)散碳納米管,則能夠很好的形成一個(gè)納米管網(wǎng)絡(luò),這將很有利于電荷的傳輸。然而,對于碳納米管的功能化既有好處也有壞處。這個(gè)普遍的缺點(diǎn)是由于納米管的功能化損失了納米管的π共軛。如果碳納米管溶解于極性溶劑當(dāng)中(如水),則最終得到的薄膜將是易濕性的。功能化碳納米管的優(yōu)點(diǎn)是聚合物的π共軛沒有受到阻礙,此外添加的官能團(tuán)通常是很少量的,所以很容易被去除。在這種情況下的碳納米管由于非共軛的化學(xué)官能團(tuán)的共價(jià)結(jié)合在有機(jī)溶劑中是可溶的。在本文當(dāng)中,我們首先研究了少量羧基化碳納米管分散于聚噻吩中對有機(jī)聚合物光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。我們通過AFM、TEM、UV-VIS、 FTIR等手段對薄膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,從而得出了一些將有利于碳納米管有機(jī)光伏方面的結(jié)論。此工作的主要研究工作及結(jié)果如下：1)碳納米管對聚噻吩P3HT結(jié)晶度的影響我們選用羧基化碳納米管加入聚噻吩P3HT聚合中來探究薄膜結(jié)構(gòu)變化。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在加入碳納米管之后聚噻吩結(jié)晶度隨之提高。而且隨著碳納米管質(zhì)量比的提高,聚噻吩的結(jié)晶度也進(jìn)一步提高。具體表現(xiàn)是,隨著碳納米管的加入。XRD衍射峰變強(qiáng)變尖,吸收譜產(chǎn)生很明顯的紅移,原子力顯微圖像粗糙度明顯提高,這均是聚噻吩P3HT結(jié)晶度提高后的結(jié)果。通過透射電子顯微鏡圖像,我們可以更加明晰的看到聚噻吩分子鏈纏繞碳納米管形成包裹的結(jié)構(gòu)。2)碳納米管的加入對聚噻吩有機(jī)薄膜光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響通過穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜和時(shí)間分辨光致發(fā)光譜,我們可以很清晰的看到隨著碳納米管的加入激子壽命明顯減小。這則是由于在聚合物和碳納米管之間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的。具體表現(xiàn)是穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜存在很明顯的淬滅現(xiàn)象,時(shí)間分辨光致發(fā)光譜則有很明顯的壽命衰減。透過穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜,我們發(fā)現(xiàn)隨著碳納米管質(zhì)量比的增加,0-0峰的強(qiáng)度也隨之增加,通過對比前任工作,我們發(fā)現(xiàn)這都是因?yàn)榫酆衔锇技{米管后由H型聚集形成J型聚合的原因。這和前面TEM所得到的結(jié)果是一致的。3)碳納米管的加入對聚噻吩有機(jī)光電探測器的影響。通過對比純聚噻吩薄膜光電器件和聚噻吩/碳納米管有機(jī)光電探測器,我們發(fā)現(xiàn)在加入碳納米管之后,器件光電流產(chǎn)生很明顯的增強(qiáng)。這是由于碳納米管的加入加速了激子的拆分所導(dǎo)致的。具體表現(xiàn)是加入碳納米管之后,在光照條件下,器件瞬時(shí)光響應(yīng)變得更強(qiáng)。但是由于碳納米管良好的導(dǎo)電性,隨之而來器件也產(chǎn)生了較高的暗電流。這對于實(shí)際的應(yīng)用則是極為不利的。接著為了更進(jìn)一步研究碳納米管對聚合物光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響,我們選取不同直徑的碳納米管分別與聚噻吩P3HT共混,來研究其薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。其主要的研究工作及結(jié)論：1)不同管徑碳納米管／聚合物形態(tài)結(jié)構(gòu)和光學(xué)的研究我們選取單壁和多壁碳納米管分別與聚噻吩P3HT進(jìn)行混合旋涂成膜。我們發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管能更好地誘導(dǎo)聚噻吩分子鏈的結(jié)晶。其現(xiàn)象就是相比于多壁碳納米管,產(chǎn)生更加明顯的紅移。其次我們通過TEM可以很清楚的看到,相比于多壁碳納米管,單壁碳納米管在薄膜中的分散性更好。我們可以很清晰的看到聚合物包裹碳納米管的現(xiàn)象。這也是吸收譜產(chǎn)生紅移的原因。其次通過比較發(fā)現(xiàn),在加入單壁多壁碳納米管之后薄膜的光致發(fā)光譜0-0峰均產(chǎn)生很明顯的增強(qiáng)。對比前一個(gè)工作,這是因?yàn)榫酆衔锇技{米管從H構(gòu)型向J構(gòu)型轉(zhuǎn)變的結(jié)果。此外,我們發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管／聚噻吩薄膜產(chǎn)生更明顯0-0峰的增強(qiáng)。這可能是單壁碳納米管能更好的導(dǎo)致聚噻吩纏繞碳納米管所致,這和前面結(jié)果是一致的。進(jìn)一步的T CSPC研究進(jìn)一步證明,由于單壁碳納米管能更好的誘導(dǎo)聚噻吩纏繞碳納米管,所以導(dǎo)致更好的從聚噻吩到碳納米管的電子傳遞。具體表現(xiàn)是,通過TCSPC,我們發(fā)現(xiàn)激子的壽命明顯減小。而且單壁碳納米管／聚噻吩薄膜激子壽命短于多壁碳納米管／聚噻吩薄膜的激子壽命。
【關(guān)鍵詞】：聚噻吩 碳納米管 混合薄膜 光致發(fā)光 有機(jī)光電探測
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TN15
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 碳納米管的發(fā)現(xiàn)與制備13-17
• 1.1.1 碳納米管的發(fā)現(xiàn)13-15
• 1.1.2 碳納米管的制備15-17
• 1.2 碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)17-20
• 1.2.1 力學(xué)性質(zhì)17-18
• 1.2.2 動(dòng)力學(xué)性質(zhì)18
• 1.2.3 電學(xué)性質(zhì)18-19
• 1.2.4 熱學(xué)性質(zhì)19-20
• 1.2.5 缺陷20
• 1.3 碳納米管的化學(xué)修飾20
• 1.4 本論文研究內(nèi)容以及意義20-23
• 參考文獻(xiàn)23-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及測試分析方法27-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備27-30
• 2.1.1 超聲儀27-28
• 2.1.2 旋涂儀28-29
• 2.1.3 熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)29-30
• 2.2 測試分析方法30-39
• 2.2.1 紫外-可見光譜30-31
• 2.2.2 光致發(fā)光計(jì)31-32
• 2.2.3 原子力顯微鏡32-33
• 2.2.4 透射電子顯微鏡33-34
• 2.2.5 拉曼光譜34-36
• 2.2.6 時(shí)間分辨超快光譜儀36-37
• 2.2.7 吉時(shí)利2400數(shù)字源表和太陽能模擬器37-39
• 參考文獻(xiàn)39-41
• 第三章 聚合物/碳納米管混合薄膜的制備與研究41-57
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法41-42
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料41
• 3.1.2 聚合物/碳納米管薄膜以及器件的制備步驟41-42
• 3.2 聚合物/碳納米管混合薄膜的結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性42-51
• 3.3 聚噻吩/碳納米管有機(jī)光電探測器電學(xué)性質(zhì)51-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 第四章 不同管徑碳納米管/聚噻吩混合薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)等性質(zhì)研究57-63
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法57-58
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料57
• 4.1.2 不同管徑碳納米管/聚噻吩混合薄膜的制備過程57-58
• 4.2 不同管徑碳納米管/聚噻吩有機(jī)薄膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)58-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 第五章 結(jié)論63-65
• 致謝65-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67-68
• 附：外文論文68-74
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表74

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