具有光電特性的共軛聚合物-ZnO納米復(fù)合材料的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體納米材料由于其獨(dú)特的光電特性受到人們的極大關(guān)注，其中納米ZnO是當(dāng)前應(yīng)用前景較為廣泛的高功能無機(jī)材料。由于ZnO是一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料，室溫下能隙寬度為3．37 eV，激子束縛能高達(dá)60 meV，具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，其顯著的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，是目前光電子研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。另一方面，由于聚對苯乙炔（PPV）以及聚芴的衍生物在同其它具有光電多功能特性的聚合物相比，自身有很多優(yōu)點(diǎn)，一直作為共軛聚合物中具有

2、光電多功能特性材料的典型代表而受到科技界的重視。因此，本文利用靜電紡絲技術(shù)制備了共軛聚合物/ZnO納米復(fù)合材料和其光伏器件，測試了復(fù)合材料的光電特性，發(fā)現(xiàn)了有意義的新現(xiàn)象，具體研究內(nèi)容如下： （1）在總結(jié)了國內(nèi)外制備納米ZnO文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合下一步實(shí)驗(yàn)的需求，確立了以液相直接沉淀法為基礎(chǔ)，制備ZnO納米粒子的工藝。通過對影響ZnO粒子的多種因素的研究，總結(jié)出了制備納米ZnO粒子的適宜工藝條件。產(chǎn)品經(jīng)過XRD，TEM和TG—

3、DTA表征，發(fā)現(xiàn)其晶型單一、完整，純度高。納米ZnO粒子大部分呈球形，粒徑大小分布均勻，分散性良好平均粒徑為25nm。 （2）在成功制備納米級氧化鋅粒子的基礎(chǔ)上，首次報導(dǎo)了通過原位和共混的方法利用靜電紡絲技術(shù)合成了共軛聚合物PPV中含有ZnO納米粒子的納米纖維。這些復(fù)合納米纖維通過熒光顯微鏡、原子力顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡、熒光光譜、傅里葉紅外光譜和X射線粉末衍射儀來表征。在ZnO納米粒子/PPV復(fù)合納米纖維中，ZnO納米粒子分散

4、均勻且不團(tuán)聚。另外，ZnO納米粒子摻入共軛聚合物PPV中增強(qiáng)了PPV納米纖維的發(fā)光量子效應(yīng)。ZnO納米粒子/PPV復(fù)合納米纖維的能帶結(jié)構(gòu)有利于PPV的激子產(chǎn)生和輻射。這些具有優(yōu)秀的熒光性能的復(fù)合納米纖維在許多領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用。 （3）在發(fā)現(xiàn)ZnO納米粒子摻入共軛聚合物PPV中增強(qiáng)了PPV納米纖維的發(fā)光量子效應(yīng)后，為了更深入研究其薄膜對光伏器件的影響，我們將ZnO納米晶引入到一種新型的聚芴衍生物：poly（2，7—（9，9—di

5、octyl—fluorene）—alt-5，5-（4’，7’—di-2-thienyl-2’，1’，3’，—benzothiadiazole）（PFDTBT）。該單層膜的光伏器件具有非常有意義的光伏效應(yīng)（具備最佳性能的是含有60 wt％ ZnO的器件）：光電流密度是：1．17 mA/cm2，開路電壓是：0．81 v，填充因子是：0．09，電源轉(zhuǎn)換效率是：0．009％。這個聚芴衍生物是非常出色的熒光和光伏材料。 利用現(xiàn)代分析測試手