光谱下转换醋酸纤维素透明复合薄膜的制备和特性研究

发布时间：2020-07-10 20:40

【摘要】：光转换材料在紫外防护和太阳能电池保护膜等领域有着广泛的用途。目前在基底材料方面主要以石油基材料,如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙二醇-环已烷二甲醇对苯二甲酸酯(PETG)等为主,因此寻找可再生材料替代石油基材料是重要发展趋势。醋酸纤维素(CA)是一种重要的纤维素衍生物热塑性塑料,具有高透明度和耐化学腐蚀等特性,在包装、纺织、塑料等工业领域得到广泛应用。由于其优良的光学透明性,电绝缘性,低热膨胀系数和可再生性等优点,是制备光转换材料的优良选择。在太阳能膜封装材料中,EVA材料应用广泛,但其抗紫外线能力不高,容易泛黄引起透光度下降。因此对基底材料进行改性,增强其紫外吸收能力,将紫外光转化为可见光进而提高太阳能电池效率是目前光转换材料的另一发展趋势。本文中,以氧化铕为原料,a-甲基丙烯酸(MAA)为第一配体,1,10-菲Up啉(phein)为第二配体通过共沉积法制备了下转换材料稀土有机配合物,分别以硅烷偶联剂(APS)和氧化石墨烯(GO)键合到稀土有机配合物上形成稀土配合物复合物Eu(MAA)3phen-APS和Eu(MAA)3phen/GO。采用红外光谱、核磁共振波谱以及XRD分析复合物成分以及结构,表明复合物Eu(MAA)3phen-APS与Eu(MAA)3phen/GO的形成,通过激发光谱和发射光谱测试表明复合物具备优异的下转换功能。将复合物Eu(MAA)3phen-APS以硅羟基水解醚化的方式接枝到醋酸纤维素碳骨架上,形成Eu(MAA)3phen-APS醋酸纤维素复合膜。紫外-可见光分析表明,复合膜展现出良好的透光性,随着复合物量的增加,复合膜透射光的散射率也随之增加,但复合膜都展现出优异的紫外吸收性能,下转换性能逐渐增强,发射光为以615 nm红光为主的可见光。热学性能分析表明复合膜具备与纯醋酸纤维素膜相似的热稳定性,但随着复合物含量的增大,玻璃化转变过程呈逐渐消失的趋势。SEM结构分析发现随着复合物含量的增加,复合物逐渐填充复合膜空腔,且复合物在复合膜中分散均匀,表现出良好的粘附性。同时发现Eu3+复合物微粒尺寸是影响复合膜透光性的主要因素。Eu3+复合物微粒的尺寸随Eu3+复合物的含量逐渐增加而增大,当Eu3+复合物含量7%时,复合膜透光率大于80%,随着Eu3+复合物微粒直径增加,接近于可见光波长时,可见光出现大量散射,透光性出现显著降低。I-V检测电池性能测试表明当复合物含量较少时,复合膜涂覆盖于太阳能电池表面对电池效率有一定的提升。通过氧化石墨烯与稀土配合物键合形成复合物Eu(MAA)3phen/GO,再将复合物分散于醋酸纤维素中制备成光谱下转换醋酸纤维素复合薄膜。Tg分析表明Eu3+/GO复合膜与纯醋酸纤维素膜具有类似的热稳定性;紫外-可见光分析表明复合膜在可见光区域具有良好的透光性能,但添加量过多时,会引起透光率下降,而在紫外光波长范围内展现出良好的紫外吸收性能。激发光谱和发射光谱表征复合膜的下转换性能,表明复合膜随着复合物含量的增加,下转换性能逐渐增强。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2
【图文】：

示意图,下转换,行为,太阳光谱

能量密度的紫外光和长波长的红外光加以利用，将提高太阳能电池组件的效率。逡逑一些材料吸收高能量密度的紫外光子后，能产生两个或两个以上的可见光光子或逡逑者近红外光子，这种材料被称为下转换材料，如图１．１。而一些材料能表现出反逡逑斯托克斯光致发光定律的性能，通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射，这逡逑类材料被称为上转换材料。光谱修饰材料不仅能提高太阳能电池对太阳能光谱的逡逑吸收效率，还能减低高能量紫外光子对电池组件的损伤。如图１．２所示，在标准逡逑的地面太阳光谱状态下（大气质量ＡＭ邋１．５），太阳光谱被太阳电池利用的情况，逡逑以及剩余可以被用于上转换和下转换利用的情况。从图中可以清晰的看出，硅太逡逑阳能电池并没有完全利用太阳光，大约３２％的太阳光谱能量（１４９邋Ｗ／ｍ２）和３５％逡逑（１６４邋Ｗ／ｍ２）太阳能光谱能量可以分别通过下转换和上转换而被重新利用［１ＣＭ２］。逡逑光谱转换对提高太阳能电池对太阳光谱的利用从而来提高电池效率具有十分重逡逑要的意义。逡逑２逡逑

偏正,醋酸纤维素,感光材料

１．３．１感光材料逡逑醋酸纤维素薄膜在感光材料方面得到了广泛的应用，尤其是应用在ＬＥＤ中逡逑的偏光板组件上。如图１．４所示，在偏正光保护板结构中，醋酸纤维素往往被放逡逑置于聚乙烯醇薄膜的两侧，用于保护柔软且机械性能较差的聚乙烯醇薄膜，起到逡逑支撑体的作用，这就决定了醋酸纤维素膜需要具备优异的机械性能、热稳定性以逡逑及相应的光学性能。在２０世纪４０年代，感光材料通常采用硝基纤维素来作为片逡逑基，后来由于硝基纤维素易于燃烧，慢慢被热稳定性优异的醋酸纤维素所取代。逡逑虽然醋酸纤维素比较稳定，但在长时间的使用过程中醋酸纤维素会发生断链和水逡逑解，这个过程会产生醋酸气体，从而加速醋酸纤维素片基的分解，这会对感光记逡逑录的信息安全造成影响。这也是摆在醋酸纤维素感光材料面前一个相当棘手的问逡逑题。逡逑近年来，醋酸纤维素被广泛的应用于液晶显示屏偏振板的支撑体中，取代了逡逑使用过程中会对人产生有害射线的阴极射线管。由于醋酸纤维素生产成本低廉、逡逑生产技术成熟

配合物,复合物,图谱,化学位移

Ｆｉｇｕｒｅ邋３．２邋１３Ｃ邋ＮＭＲ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋Ｅｕ（ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ逡逑图邋３．２邋和图邋３．３邋是配合物邋Ｅｕ（ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ邋和复合物邋Ｅｕ（ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ－ＡＰＳ邋的邋１３Ｃ逡逑ＮＭＲ图谱，在图３．２中，配合物Ｅｕ（：ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ的化学位移主要出现在１２６．８０逡逑ｐｐｍ、１２２．４３邋ｐｐｍ、４０＿１０ｐｐｍａｎｄｌ７．９６ｐｐｍ，化学位移邋１２６．８０ｐｐｍ邋和邋１２２．４３邋ｐｐｍ逡逑对应于配合物Ｅｕ（ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ中ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）－ＣＯＯＨ基团中的碳碳双键；化位移逡逑１２６．８０邋ｐｐｍ对应于溶剂ＤＭＳ０－ｄ６的响应值，１７．９６邋ｐｐｍ对应于甲基（－ＣＨ３）的响应逡逑值。而羧基（－Ｃ００Ｈ）响应值的消失，是因为铕离子和羧基形成配位而键影响了它逡逑的响应。在图３．３中，可以看到复合物Ｅｕ（ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ－ＡＰＳ的１３ＣＮＭＲ图谱出逡逑现了许多新的化学位移峰，化学位移４８．８７邋ｐｐｍ对应于与叔氨基相连的亚甲基逡逑（－ＣＨ２－ＮＨ－ＣＨ２－），化学位移邋４４．８７邋ｐｐｍ邋对应于邋Ｅｕ（ＭＡＡ）３ｐｈｅｎ邋与邋ＡＰＳ邋发生加成逡逑反应后所产生的次甲基峰（－ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）ＣＯＣＴ）

【参考文献】