光交聯(lián)液晶聚噻吩的結(jié)構(gòu)與性能研究開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告論 文 題 目 光交聯(lián)液晶聚噻吩的結(jié)構(gòu)與性能研究專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) 高分子材料與工程班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 2015 年 3 月 10 日 光交聯(lián)液晶聚噻吩的結(jié)構(gòu)與性能研究1、 選題的依據(jù)及意義 目前，能源問(wèn)題是我們?nèi)祟?lèi)所面臨的最主演的問(wèn)題。在人類(lèi)文明的早期，人們就開(kāi)始燃燒各種材料，以及在過(guò)去的兩百年里人們?nèi)紵奶蓟剂?，這些燃燒的燃料所產(chǎn)生的二氧化碳是當(dāng)今社會(huì)面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。由于環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等問(wèn)題，我們要尋求無(wú)污染、可再生的能源來(lái)滿(mǎn)足新時(shí)代發(fā)展的需求。太陽(yáng)可以看作是一個(gè)巨大的核聚變反應(yīng)堆，代表著強(qiáng)大的能量來(lái)源，每分鐘到達(dá)

2、地球表面的能量可供我們?nèi)祟?lèi)使用一年，如何充分利用太陽(yáng)能是對(duì)當(dāng)今科學(xué)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。太陽(yáng)能光伏電池是當(dāng)今社會(huì)一個(gè)比較熱門(mén)的科學(xué)話(huà)題。1954年，美國(guó)的貝爾研究所成功的研制出硅太陽(yáng)能電池，其能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了6%。很多不同的半導(dǎo)體材料（無(wú)機(jī)、有機(jī)材料、小分子、聚合物、雜化材料、量子點(diǎn)等）應(yīng)用于太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換中。目前商業(yè)化的太陽(yáng)能電池主要是無(wú)極晶體硅太陽(yáng)能電池，但由于其原料成本比較高，生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，限制了它的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。具有光電活性的有機(jī)半導(dǎo)體材料，由于其選擇范圍比較廣泛，可以用濕法成膜的方法制備大面積的器件，并且制備的器件比較輕，價(jià)格便宜，柔韌性比較好，日益受到人們的重視。與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能

3、電池相比，聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率還相對(duì)較低，而且器件的穩(wěn)定性也不好，尚未大規(guī)模市場(chǎng)化。但是，可以通過(guò)設(shè)計(jì)成新型半導(dǎo)體聚合物或有機(jī)分子，來(lái)更好的調(diào)控器件的性能?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，聚合物太陽(yáng)能電池的研制和開(kāi)發(fā)成為近年來(lái)最具活力的研究領(lǐng)域。應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池的光敏活性層中的共軛聚合物，其分子結(jié)構(gòu)一般含有雙鍵或多環(huán)芳烴，這些共軛體系具有較高的載流子遷移率，有利于空穴的傳輸。在選擇合適的聚合物時(shí)要考慮到以下一些因素：要有一個(gè)比較寬的光譜吸收范圍以及較高的光譜吸收率，要有利于傳輸?shù)膆omo和lumo能級(jí)，有自組裝特性可以獲得理想的微觀形貌使電荷更好的傳輸，以及制備的器件具有很好的穩(wěn)定性可以長(zhǎng)期使用。

4、因此，獲得具有較寬吸收范圍以及較高載流子遷移率的給體材料是人們一直以來(lái)的追求目標(biāo)。在所有的共軛聚合物光伏材料的領(lǐng)域中，聚噻吩類(lèi)衍生物是最為重要的一類(lèi)共軛聚合物給體材料，也是聚合物太陽(yáng)能電池中研究比較廣泛的光伏材料。聚噻吩是目前研究最為廣泛的一種高效率的聚合物光伏材料，p3ht不僅具有良好的溶解性，而且規(guī)整的p3ht還具有良好的結(jié)晶性能以及自組裝性能。以自組裝之后的p3ht為基礎(chǔ)的光伏器件的性能和效率都可以得到明顯的改善和提高。此外，熱處理可以改善一些聚合物薄膜的形貌，并且增加其結(jié)晶度，基于退火后自組裝的p3ht的聚合物太陽(yáng)能電池在模擬太陽(yáng)光下的能量轉(zhuǎn)換效率以達(dá)到4-6.5%。聚噻吩類(lèi)材料顯著的

5、特點(diǎn)就是可以通過(guò)頭-尾相連形成有序的薄膜，從而具有較高的載流子遷移率。2、 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：聚合物光伏器件由于其制備成本比較低，可在柔性襯底上制備，便于大規(guī)模生產(chǎn)，且聚合物的光電特性高度可控，而受到了廣泛關(guān)注。具有納米尺寸的網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的體相異質(zhì)結(jié)構(gòu)是由p型聚合物作為電子給體，富勒烯衍生物作為電子受體混合而成的，這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是一種理想的利于機(jī)子分離的器件結(jié)構(gòu)。盡管已經(jīng)測(cè)試了很多聚合物與富勒烯的共混組分，基于聚己基噻吩與富勒烯衍生物的體相異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池具有很好的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，光電轉(zhuǎn)換效率仍然受到體相異質(zhì)結(jié)中固有的空間電和效應(yīng)以及形貌的限制。因此獲得一個(gè)能夠利于激

6、子的產(chǎn)生、分離及傳輸?shù)挠行虻碾p連續(xù)的微觀形貌是制備有機(jī)光伏器件最重要的挑戰(zhàn)。很多獨(dú)立的方法，如熱退火、高溫下后退火、添加劑、溶劑退火等方法都可以使不同組分形成微觀的相分離形貌，從而提高共混物的光電轉(zhuǎn)換效率。但是固體分子的微觀形貌不能很好控制，特別是溶劑處理之后，微觀形貌取決于混合組分的自組裝取向以及分子的結(jié)構(gòu)和處理方法。此外，大多數(shù)體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池的熱穩(wěn)定性都不好，長(zhǎng)時(shí)間加熱后，尤其在器件的制備過(guò)程中，它的微觀相分離的形貌會(huì)發(fā)生改變，出現(xiàn)大面積的團(tuán)聚。太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量會(huì)影響器件的性能，如聚合物共混物相對(duì)較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及光伏器件活性層中給體和受體材料的相容性。已經(jīng)報(bào)道了很多有

7、效的方法來(lái)增加共軛聚合物|富勒烯體相異質(zhì)結(jié)光伏器件的熱穩(wěn)定性。一種方法就是通過(guò)在一種材料上引入熱交聯(lián)基團(tuán)來(lái)阻止相分離。然而，為了交聯(lián)而進(jìn)行的熱處理會(huì)影響熱退火的正常進(jìn)行。液晶聚合物作為一種工程材料具有很好的加工性能、強(qiáng)度以及彈性。眾所周知，把液晶側(cè)鏈引入聚合物主鏈可以形成具有液晶性的側(cè)鏈液晶聚合物，液晶共軛聚合物在特定的條件下有很好的導(dǎo)電性以及自組裝特性。引入液晶側(cè)鏈可以?xún)?yōu)化聚合物的加工性能，控制活性層的微觀形貌。在以前的研究中，已經(jīng)合成了含氰基聯(lián)苯側(cè)鏈得液晶衍生物，液晶分子的自組裝可以驅(qū)動(dòng)pcbm形成微觀相分離結(jié)構(gòu)。 3、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：3.1研究?jī)?nèi)容（1） 合成3-（6-溴己基）噻吩

8、，2,5-二溴-3-（6-溴己基）噻吩（2） 合成聚合物ptcbptt（3） 對(duì)聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征 （4） 對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池的性能進(jìn)行研究3.2實(shí)驗(yàn)方案（1）實(shí)驗(yàn)步驟（2）性能表征 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度4.1研究目標(biāo)（1） 合成可光交聯(lián)的液晶聚噻吩衍生物（2） 研究液晶態(tài)下聚合物光交聯(lián)反應(yīng)得到穩(wěn)定有序的微觀相分離形貌（3） 找出提高體相異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的方法4.2 主要特色節(jié)能環(huán)保，高效率利用能源，可以延長(zhǎng)器件使用壽命。4.3 工作進(jìn)度1.查找相關(guān)的外文資料并選擇翻譯 2014.12.27至2015.1.152.查閱資料并撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 2014.12.27至2015.3.133

9、.實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)整理分析 2015.3.14至2015.6.54.論文（設(shè)計(jì)）定稿 2015.6.6至2015.6.115.主審教師評(píng)定論文（設(shè)計(jì)） 2015.6.12至2015.6.146.學(xué)生論文（設(shè)計(jì)）答辯 2015.6.175、 參考文獻(xiàn)1jianbin tang, weilin sun, huadong tang, et al. enhanced co2absorption of poly(ionic liquids. macromolecules, 2005, 38: 20372039. 2seddon kr ionic liquids for cleam technology,che

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