混合异质结聚合物碳纳米管有机光电探测器

发布时间：2017-11-03 06:09

  本文关键词：混合异质结聚合物碳纳米管有机光电探测器

  更多相关文章： 聚噻吩 碳纳米管 混合薄膜 光致发光 有机光电探测

【摘要】：在现代纳米科技迅速发展的今天,输运电子的碳纳米管已经被应用到能很好输运空穴传输的聚合物当中。然而,在复合薄膜中使用碳纳米管的主要障碍是以下几个方面：1)碳纳米管表面的可湿性。2)均匀地扩散碳纳米管于聚合物中。这些障碍主要不是通过选择极性或者非极性溶剂来解决,而是通过功能化碳纳米管来实现的。一旦在溶液中能够很好的扩散碳纳米管,则能够很好的形成一个纳米管网络,这将很有利于电荷的传输。然而,对于碳纳米管的功能化既有好处也有坏处。这个普遍的缺点是由于纳米管的功能化损失了纳米管的π共轭。如果碳纳米管溶解于极性溶剂当中(如水),则最终得到的薄膜将是易湿性的。功能化碳纳米管的优点是聚合物的π共轭没有受到阻碍,此外添加的官能团通常是很少量的,所以很容易被去除。在这种情况下的碳纳米管由于非共轭的化学官能团的共价结合在有机溶剂中是可溶的。在本文当中,我们首先研究了少量羧基化碳纳米管分散于聚噻吩中对有机聚合物光学结构的影响。我们通过AFM、TEM、UV-VIS、 FTIR等手段对薄膜的形态结构进行了表征,从而得出了一些将有利于碳纳米管有机光伏方面的结论。此工作的主要研究工作及结果如下：1)碳纳米管对聚噻吩P3HT结晶度的影响我们选用羧基化碳纳米管加入聚噻吩P3HT聚合中来探究薄膜结构变化。通过实验发现在加入碳纳米管之后聚噻吩结晶度随之提高。而且随着碳纳米管质量比的提高,聚噻吩的结晶度也进一步提高。具体表现是,随着碳纳米管的加入。XRD衍射峰变强变尖,吸收谱产生很明显的红移,原子力显微图像粗糙度明显提高,这均是聚噻吩P3HT结晶度提高后的结果。通过透射电子显微镜图像,我们可以更加明晰的看到聚噻吩分子链缠绕碳纳米管形成包裹的结构。2)碳纳米管的加入对聚噻吩有机薄膜光学结构的影响通过稳态光致发光谱和时间分辨光致发光谱,我们可以很清晰的看到随着碳纳米管的加入激子寿命明显减小。这则是由于在聚合物和碳纳米管之间发生了电子转移导致的。具体表现是稳态光致发光谱存在很明显的淬灭现象,时间分辨光致发光谱则有很明显的寿命衰减。透过稳态光致发光谱,我们发现随着碳纳米管质量比的增加,0-0峰的强度也随之增加,通过对比前任工作,我们发现这都是因为聚合物包裹碳纳米管后由H型聚集形成J型聚合的原因。这和前面TEM所得到的结果是一致的。3)碳纳米管的加入对聚噻吩有机光电探测器的影响。通过对比纯聚噻吩薄膜光电器件和聚噻吩/碳纳米管有机光电探测器,我们发现在加入碳纳米管之后,器件光电流产生很明显的增强。这是由于碳纳米管的加入加速了激子的拆分所导致的。具体表现是加入碳纳米管之后,在光照条件下,器件瞬时光响应变得更强。但是由于碳纳米管良好的导电性,随之而来器件也产生了较高的暗电流。这对于实际的应用则是极为不利的。接着为了更进一步研究碳纳米管对聚合物光学结构的影响,我们选取不同直径的碳纳米管分别与聚噻吩P3HT共混,来研究其薄膜形态结构变化。其主要的研究工作及结论：1)不同管径碳纳米管／聚合物形态结构和光学的研究我们选取单壁和多壁碳纳米管分别与聚噻吩P3HT进行混合旋涂成膜。我们发现单壁碳纳米管能更好地诱导聚噻吩分子链的结晶。其现象就是相比于多壁碳纳米管,产生更加明显的红移。其次我们通过TEM可以很清楚的看到,相比于多壁碳纳米管,单壁碳纳米管在薄膜中的分散性更好。我们可以很清晰的看到聚合物包裹碳纳米管的现象。这也是吸收谱产生红移的原因。其次通过比较发现,在加入单壁多壁碳纳米管之后薄膜的光致发光谱0-0峰均产生很明显的增强。对比前一个工作,这是因为聚合物包裹碳纳米管从H构型向J构型转变的结果。此外,我们发现单壁碳纳米管／聚噻吩薄膜产生更明显0-0峰的增强。这可能是单壁碳纳米管能更好的导致聚噻吩缠绕碳纳米管所致,这和前面结果是一致的。进一步的T CSPC研究进一步证明,由于单壁碳纳米管能更好的诱导聚噻吩缠绕碳纳米管,所以导致更好的从聚噻吩到碳纳米管的电子传递。具体表现是,通过TCSPC,我们发现激子的寿命明显减小。而且单壁碳纳米管／聚噻吩薄膜激子寿命短于多壁碳纳米管／聚噻吩薄膜的激子寿命。
【关键词】：聚噻吩 碳纳米管 混合薄膜 光致发光 有机光电探测
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TN15
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 碳纳米管的发现与制备13-17
• 1.1.1 碳纳米管的发现13-15
• 1.1.2 碳纳米管的制备15-17
• 1.2 碳纳米管的物理化学性质17-20
• 1.2.1 力学性质17-18
• 1.2.2 动力学性质18
• 1.2.3 电学性质18-19
• 1.2.4 热学性质19-20
• 1.2.5 缺陷20
• 1.3 碳纳米管的化学修饰20
• 1.4 本论文研究内容以及意义20-23
• 参考文献23-27
• 第二章 实验设备以及测试分析方法27-41
• 2.1 实验设备27-30
• 2.1.1 超声仪27-28
• 2.1.2 旋涂仪28-29
• 2.1.3 热蒸发镀膜机29-30
• 2.2 测试分析方法30-39
• 2.2.1 紫外-可见光谱30-31
• 2.2.2 光致发光计31-32
• 2.2.3 原子力显微镜32-33
• 2.2.4 透射电子显微镜33-34
• 2.2.5 拉曼光谱34-36
• 2.2.6 时间分辨超快光谱仪36-37
• 2.2.7 吉时利2400数字源表和太阳能模拟器37-39
• 参考文献39-41
• 第三章 聚合物/碳纳米管混合薄膜的制备与研究41-57
• 3.1 实验方法41-42
• 3.1.1 实验材料41
• 3.1.2 聚合物/碳纳米管薄膜以及器件的制备步骤41-42
• 3.2 聚合物/碳纳米管混合薄膜的结构及光学特性42-51
• 3.3 聚噻吩/碳纳米管有机光电探测器电学性质51-54
• 参考文献54-57
• 第四章 不同管径碳纳米管/聚噻吩混合薄膜结构和光学等性质研究57-63
• 4.1 实验方法57-58
• 4.1.1 实验材料57
• 4.1.2 不同管径碳纳米管/聚噻吩混合薄膜的制备过程57-58
• 4.2 不同管径碳纳米管/聚噻吩有机薄膜的结构与光学性质58-61
• 参考文献61-63
• 第五章 结论63-65
• 致谢65-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67-68
• 附：外文论文68-74
• 学位论文评阅及答辩情况表74

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