有機光電材料.ppt課件

1、有機光電材料能源能源水力水力火力火力風力風力核能核能潮汐潮汐地熱地熱太陽能發(fā)電站太陽能發(fā)電站有機太陽能電池有機太陽能電池植物光合作用植物光合作用多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池太陽能電池發(fā)展歷史太陽能電池發(fā)展歷史1839，Bequerel發(fā)現(xiàn)了光電效應發(fā)現(xiàn)了光電效應1873，Selen發(fā)現(xiàn)了光伏效應發(fā)現(xiàn)了光伏效應1954，研發(fā)出半導體技術，研發(fā)出半導體技術 第一塊硅晶片誕生第一塊硅晶片誕生固體吸收光線固體吸收光線產(chǎn)生自由電荷產(chǎn)生自由電荷電荷分離電荷分離在太陽光照下，毫無損傷地產(chǎn)生電子能量在太陽光照下，毫無損傷地產(chǎn)生電子能量能級分布能級分布固體中的能量狀態(tài)圖固體中的能量狀態(tài)圖絕絕緣緣體體金金屬屬

2、半導體半導體太陽能電池發(fā)電原理太陽能電池發(fā)電原理太陽能電池種類太陽能電池種類硅太陽能電池硅太陽能電池多元化合物太陽能電池多元化合物太陽能電池聚合物多層修飾電極型太陽能電池聚合物多層修飾電極型太陽能電池納米晶太陽能電池納米晶太陽能電池聚合物太陽能電池聚合物太陽能電池用于太陽能電池的高分子用于太陽能電池的高分子納米復合材料納米復合材料聚乙炔聚乙炔聚噻吩聚噻吩聚吡咯聚吡咯聚苯胺聚苯胺聚乙炔聚乙炔n NHn n n Sn RRn 高分子的化學結(jié)構高分子的化學結(jié)構聚噻吩聚噻吩聚吡咯聚吡咯聚苯聚苯聚苯撐乙烯聚苯撐乙烯聚芴聚芴三聯(lián)苯聚乙炔三聯(lián)苯聚乙炔CC(CH2)2O(CH2)2CH3n CNC60足球烯足

3、球烯Richard N, ZareWalter, KohnHarold, KrotoNobel Prize for 1996?Nobel Prize in Chemistry 2000“For the discovery and development of “For the discovery and development of conductive polymers”conductive polymers”G. MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger材料導電能力的差異與原因材料導電能力的差異與原因電導率電導率mSm11材料導電能力的差異與原因材料導電能力的差異與原

4、因能帶間隙能帶間隙 (Energy Band Gap) 金屬之金屬之Eg值幾乎為值幾乎為0 eV ，半導體材料，半導體材料Eg值在值在1.03.5 eV之間之間，絕絕緣體之緣體之Eg值則遠大于值則遠大于3.5 eV。 導電高分子材料的研究進展導電高分子材料的研究進展1862年，英國年，英國Letheby在硫酸中電解苯胺而得到少量導電性物質(zhì)在硫酸中電解苯胺而得到少量導電性物質(zhì)1954年，米蘭工學院年，米蘭工學院G.Natta用用Et3Al-Ti(OBu)4為催化劑制得聚乙炔為催化劑制得聚乙炔 1970年，科學家發(fā)現(xiàn)類金屬的無機聚合物聚硫氰年，科學家發(fā)現(xiàn)類金屬的無機聚合物聚硫氰(SN)x具有超導性

5、具有超導性初期的實驗發(fā)現(xiàn)與理論積累初期的實驗發(fā)現(xiàn)與理論積累科學家將科學家將有有機高分子與無機高分子導電聚合物機高分子與無機高分子導電聚合物的開發(fā)研究合在一起的開發(fā)研究合在一起開始了探尋之旅。開始了探尋之旅。導電高分子材料的研究進展導電高分子材料的研究進展 1974年日本筑波大學年日本筑波大學H.Shirakawa在合成聚乙炔的實驗中，偶然地投在合成聚乙炔的實驗中，偶然地投入過量入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔銅色的順式聚乙炔薄膜與薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。銀白色光澤的反式聚乙炔。 Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3HCCH100

6、0 倍催化劑倍催化劑溫度溫度108107 S/m103102 S/m導電高分子材料的發(fā)現(xiàn)導電高分子材料的發(fā)現(xiàn)導電高分子材料的研究進展導電高分子材料的研究進展 1975年，年，G. MacDiarmid 、 J.Heeger與與H.Shirakawa合作進行研究，他合作進行研究，他們發(fā)現(xiàn)當聚乙炔曝露于碘蒸氣中進行摻雜氧化反應們發(fā)現(xiàn)當聚乙炔曝露于碘蒸氣中進行摻雜氧化反應(doping)后，其電導后，其電導率令人吃驚地達到率令人吃驚地達到3000S/m。聚乙炔的摻雜反應聚乙炔的摻雜反應導電高分子材料的研究進展導電高分子材料的研究進展 1980年，年，英國英國Durham大學的大學的W.Feast得到

7、更大密度的聚乙炔。得到更大密度的聚乙炔。 1983年，加州理工學院的年，加州理工學院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換了聚乙炔轉(zhuǎn)換了聚乙炔，其導電率達到，其導電率達到35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定，但是難以加工且不穩(wěn)定。 1987年年，德國德國BASF科學家科學家 N. Theophiou 對對聚乙炔聚乙炔合成方法進行了改良，合成方法進行了改良，得到的聚乙炔得到的聚乙炔電導率與銅在同一數(shù)量級電導率與銅在同一數(shù)量級，達到，達到107S/m。 后續(xù)研究進展后續(xù)研究進展金屬防腐蝕金屬防腐蝕防止低碳鋼腐蝕，火箭發(fā)射塔內(nèi)壁的保護防止低碳鋼腐蝕，

8、火箭發(fā)射塔內(nèi)壁的保護界面，兩者的界面產(chǎn)生一個電場，阻止電子從金屬流向外部的氧化層界面，兩者的界面產(chǎn)生一個電場，阻止電子從金屬流向外部的氧化層聚苯胺還原電位聚苯胺還原電位0V/SCE，金屬鐵氧化電位，金屬鐵氧化電位 -0.7V/SCE，兩者的作用在，兩者的作用在界面形成氧化層。導電高分子層使得鐵直接與界面的水相互作用而氧化界面形成氧化層。導電高分子層使得鐵直接與界面的水相互作用而氧化最終成為致密的氧化膜，起到保護作用最終成為致密的氧化膜，起到保護作用船舶防污涂料船舶防污涂料海洋生物污損海洋生物污損傳統(tǒng)的防污涂料采用氧化亞銅，有機錫等，污染海洋環(huán)境傳統(tǒng)的防污涂料采用氧化亞銅，有機錫等，污染海洋環(huán)境

9、含海洋生物天敵的生物防污涂料，含有有機硅低表面能防污涂料含海洋生物天敵的生物防污涂料，含有有機硅低表面能防污涂料導電防污涂料導電防污涂料導電聚苯胺在海水中會發(fā)生氧化還原反應導電聚苯胺在海水中會發(fā)生氧化還原反應海洋生物生長的最佳海洋生物生長的最佳PH為為7-8，導電涂層的酸性環(huán)境，導電涂層的酸性環(huán)境電學性能與應用電學性能與應用透明電極透明電極印刷電路板印刷電路板微波焊接微波焊接金屬和石墨電極不透明，導電高分子可以制成透明電極金屬和石墨電極不透明，導電高分子可以制成透明電極但透明性與高導電性是矛盾的，但透明性與高導電性是矛盾的， 樟腦磺酸摻雜樟腦磺酸摻雜在絕緣的基底上鍍金屬銅，表面吸附貴金屬，然后

10、在銅離子在絕緣的基底上鍍金屬銅，表面吸附貴金屬，然后在銅離子的甲醛溶液中化學沉積出銅，再用電鍍的方法的甲醛溶液中化學沉積出銅，再用電鍍的方法可直接將導電的聚苯胺沉積在絕緣的尼龍或聚酯薄膜上可直接將導電的聚苯胺沉積在絕緣的尼龍或聚酯薄膜上聚苯胺類高分子在一定的電導率范圍內(nèi)具有很高的介電常數(shù)聚苯胺類高分子在一定的電導率范圍內(nèi)具有很高的介電常數(shù)很強的吸收電磁波的能力，吸收電磁波后可將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎軓姷奈针姶挪ǖ哪芰?，吸收電磁波后可將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮茉趦蓧K聚乙烯之間加入聚苯胺，微波處理后，界面處的聚乙烯在兩塊聚乙烯之間加入聚苯胺，微波處理后，界面處的聚乙烯熔融，最終粘結(jié)在一起，具有良好的力學性能

11、熔融，最終粘結(jié)在一起，具有良好的力學性能新新能能源源燃料電池燃料電池-質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜CFCF2y CF3CF2n OOCFCF2m CF2x CF2SO3H有機發(fā)光二極管有機發(fā)光二極管OLED：有機發(fā)光顯示器，有機半導體材料和發(fā)光材料在電場驅(qū)動下，通過：有機發(fā)光顯示器，有機半導體材料和發(fā)光材料在電場驅(qū)動下，通過載流子注入和復合導致發(fā)光載流子注入和復合導致發(fā)光鄧青云鄧青云1979年的一天晚上，在柯達公司從事科學研究工作的年的一天晚上，在柯達公司從事科學研究工作的華裔科學家鄧青云博士在回家的路上忽然想起有東西華裔科學家鄧青云博士在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室。回到實驗室，他發(fā)現(xiàn)黑暗中

12、有個亮東忘記在實驗室。回到實驗室，他發(fā)現(xiàn)黑暗中有個亮東西。打開燈，原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發(fā)光西。打開燈，原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發(fā)光 有機發(fā)光二極管有機發(fā)光二極管OLED光傳導高分子材料光傳導高分子材料光導纖維光導纖維手機保護膜手機保護膜防刮：采用高品質(zhì)高分子材料，表面的抗摩擦和劃傷能力強，高透明度、真彩色色調(diào)以90%透光率，可以感受到舒適明亮的畫面和真實自然的色彩感 軟屏幕的畫面色調(diào)采用特殊微霧的表面處理技術，能有效減少高達98%的反射視覺和外部環(huán)境光線 耐指紋和防灰塵作為特殊防靜電，表面可以有效地防止指紋附上和遠離粉塵 有效的紫外線隔離高達75%，特殊表面涂層能有效隔離紫外線

13、屏幕所產(chǎn)生的負擔 手機結(jié)構 手機結(jié)構一般包括以下幾個部分：1.LCD LENS 材料：材質(zhì)一般為PC或壓克力；連結(jié)：一般用卡勾+背膠與前蓋連結(jié)。分為兩種形式：a. 僅僅在LCD上方局部區(qū)域；b.與整個面板合為一體。2.上蓋（前蓋）材料：材質(zhì)一般為ABS+PC；連結(jié)：與下蓋一般采用卡勾+螺釘?shù)倪B結(jié)方式（螺絲一般采用2，建議使用鎖螺絲以便于維修、拆卸，采用鎖螺絲式時必須注意Boss的材質(zhì)、孔徑）。Motorola 的手機比較鐘愛全部用螺釘連結(jié)。下蓋（后蓋）材料：材質(zhì)一般為ABS+PC；連結(jié)：采用卡勾+螺釘?shù)倪B結(jié)方式與上蓋連結(jié)；3.按鍵材料：Rubber，pc + rubber，純pc；連接： Ru

14、bber key主要依賴前蓋內(nèi)表面長出的定位pin和boss上的rib定位。Rubber key沒法精確定位，原因在于：rubber比較軟，如key pad上的定位孔和定位pin間隙太?。?CHnx+ + x I3-CHn + x Na CHnx- + x Na+ 電子受體，氧化劑電子受體，氧化劑還原（負摻雜） (n-doping):從價帶中拉從價帶中拉出一個電子出一個電子通過氧化還原反應完成電子轉(zhuǎn)移過程通過氧化還原反應完成電子轉(zhuǎn)移過程復合型導電高分子材料的結(jié)構組成復合型導電高分子材料的結(jié)構組成聚合物基體材料聚合物基體材料+導電填充物導電填充物將導電顆粒牢固地粘結(jié)在一起將導電顆粒牢固地粘結(jié)在一

15、起，使導電高分子具有穩(wěn)定的導電使導電高分子具有穩(wěn)定的導電性，同時它還賦于材料加工性。性，同時它還賦于材料加工性。提供載流子的作用提供載流子的作用，它的形態(tài)、性質(zhì)和用量它的形態(tài)、性質(zhì)和用量直接決定材料的導電性。直接決定材料的導電性。按聚合物基體材料不同分類按聚合物基體材料不同分類n導電塑料 - 聚乙烯、聚丙烯、聚酯及聚酰胺n導電橡膠 - 氯丁橡膠、硅橡膠n導電纖維 - 聚酰胺、聚酯、腈綸n導電膠粘劑 - 環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等n導電涂料 - 有機硅樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹脂導電填充材料導電填充材料n碳系填料（炭黑、石墨、碳纖維等）n金屬系填料（金、銀、銅、鎳粉等）n金屬氧化物填料（氧化錫、氧化鈦

16、等）n導電聚合物填料（聚吡咯、聚噻吩，密度小，相容性好）導電性能的應用n炭黑炭黑/硅橡膠構成的導電橡膠：用于動態(tài)電接觸器件的制硅橡膠構成的導電橡膠：用于動態(tài)電接觸器件的制備，如：計算機鍵盤的電接觸件備，如：計算機鍵盤的電接觸件n飛機機輪上通常裝有搭地線，也有用導電橡膠做機輪輪胎飛機機輪上通常裝有搭地線，也有用導電橡膠做機輪輪胎的，著陸時它們可將機身的靜電導入地下的，著陸時它們可將機身的靜電導入地下n 靜電復?。?。當硒鼓（導電高分子）充電以后，經(jīng)過光靜電復印：。當硒鼓（導電高分子）充電以后，經(jīng)過光照處理，照光的部分電荷就會消失，文字、圖像等遮光的照處理，照光的部分電荷就會消失，文字、圖像等遮光的

17、地方，電荷不會消失。當復印的黑粉撒到硒鼓上時，有文地方，電荷不會消失。當復印的黑粉撒到硒鼓上時，有文字、圖像的地方由于相對應的硒鼓帶電，可以吸引黑粉，字、圖像的地方由于相對應的硒鼓帶電，可以吸引黑粉，這樣就可把原稿上的字或圖轉(zhuǎn)印到一張白紙上。這樣就可把原稿上的字或圖轉(zhuǎn)印到一張白紙上。 有機太陽能電池有機太陽能電池 當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資的瓶頸時，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。而太陽能電池便源，尋求

18、經(jīng)濟發(fā)展的新動力。而太陽能電池便是一個很好的應用。是一個很好的應用。 無機：這種無機原料太陽能電池造價昂貴，因而無機：這種無機原料太陽能電池造價昂貴，因而與其他一些能源發(fā)電比起來缺乏競爭力與其他一些能源發(fā)電比起來缺乏競爭力 。( (縱縱然如此研究者也不在少數(shù)然如此研究者也不在少數(shù)) )有機：未來太陽能電池的主流發(fā)展方向強調(diào)的有機：未來太陽能電池的主流發(fā)展方向強調(diào)的 是更輕便、更靈活，最重要的是，更便宜。因是更輕便、更靈活，最重要的是，更便宜。因而目前而目前 有機太陽能的現(xiàn)狀是：研究機構紛紛投有機太陽能的現(xiàn)狀是：研究機構紛紛投身研究有機太陽能，企業(yè)也紛紛涉足有機太陽身研究有機太陽能，企業(yè)也紛紛涉

19、足有機太陽能。能。太陽能電池的定義 太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電的基礎和核心，是太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電的基礎和核心，是一種光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?，用適當?shù)墓庹赵谏弦环N光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?，用適當?shù)墓庹赵谏线呏笃骷啥藭a(chǎn)生電動勢。邊之后器件兩端會產(chǎn)生電動勢。 典型的太陽電池是一個典型的太陽電池是一個p-n結(jié)半導體二極管結(jié)半導體二極管。 p-n結(jié)的形成過程結(jié)的形成過程(N型半導體中含有較多型半導體中含有較多的空穴，而的空穴，而P型半導體中含有較多的電子，這樣，型半導體中含有較多的電子，這樣，當當P型和型和N型半導體結(jié)合在一起時，就會在接觸型半導體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是面形

20、成電勢差，這就是P-N結(jié)結(jié))。 光生載流子電子空穴對的產(chǎn)生光生載流子電子空穴對的產(chǎn)生 “光生電壓光生電壓”及及“光生電流光生電流”的產(chǎn)生的產(chǎn)生p-n結(jié)“光生載流子光生載流子” 的產(chǎn)生光子把電子從價帶光子把電子從價帶(束縛束縛)激發(fā)到導帶激發(fā)到導帶( (自自由由)，并在價帶內(nèi)留下一個，并在價帶內(nèi)留下一個/空穴空穴(自由自由)產(chǎn)生了自由電子空穴對產(chǎn)生了自由電子空穴對“光生電壓光生電壓”的產(chǎn)生的產(chǎn)生自由電子和空穴擴散進入自由電子和空穴擴散進入p-n結(jié)，結(jié)，n-p結(jié)作用下，分別結(jié)作用下，分別在在n n區(qū)和區(qū)和p p區(qū)區(qū)形成電子形成電子和空穴的積累和空穴的積累太陽電池材料分類材料分類n硅太陽能硅太陽能n

21、無機化合物半導體太陽能無機化合物半導體太陽能(硫化鎘硫化鎘-硫化亞銅，硫化亞銅，砷化鎵等砷化鎵等)n敏化納米晶太陽能敏化納米晶太陽能(染料敏化太陽能染料敏化太陽能)n有機化合物太陽能有機化合物太陽能 以酞菁以酞菁 等等為集體材料制等等為集體材料制成的太陽能成的太陽能(小分子有機物太陽能小分子有機物太陽能)塑料太陽能塑料太陽能(高分子多聚物太陽能高分子多聚物太陽能)材料種類材料種類有機太陽能電池簡介 廣泛的講有機太陽能電池主要是利用有機小分子或有機高聚物來直接或間接將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。有機太陽能電池發(fā)展簡史 有機太陽能電池是一種正在進行研究的新型電池。有機太陽能電池這個概念貌似很新，但其實

22、它的歷史也不短跟硅基太陽能電池的歷史差不多 。 第一個有機光電轉(zhuǎn)化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的，其主要材料為鎂酞菁(MgPc)染料，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電極之間。在那個器件上，他們觀測到了200 mV的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意思提 。單結(jié)非晶硅薄膜電池的最高轉(zhuǎn)換單結(jié)非晶硅薄膜電池的最高轉(zhuǎn)換效率為效率為16. 6 %n 19861986年，柯達公司的鄧青云博士年，柯達公司的鄧青云博士. . 光電轉(zhuǎn)光電轉(zhuǎn)化效率達到化效率達到1 1左右。時至今日這種雙層膜異左右。時至今日這種雙層膜異質(zhì)結(jié)的結(jié)構仍然是有機太陽能電池研究的重點質(zhì)結(jié)的結(jié)構仍然是有機太陽能電池研究

23、的重點之一。之一。 n 19921992年，土耳其人年，土耳其人SariciftciSariciftci發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài)的電子能極快地從有機半導體分子注入激發(fā)態(tài)的電子能極快地從有機半導體分子注入到到C60C60分子而反向的過程卻要慢得多分子而反向的過程卻要慢得多19931993年，年，SariciftciSariciftci在此發(fā)現(xiàn)的基礎上制成在此發(fā)現(xiàn)的基礎上制成PPV/C60PPV/C60雙雙層膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池。層膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池。n2007 2007 ScienceScienceAlan J. HeegerAlan J. Heeger等等 “ “使有使有機薄膜太陽能電池的單元轉(zhuǎn)換效率

24、達到了全球機薄膜太陽能電池的單元轉(zhuǎn)換效率達到了全球最高最高6.56.5”。大阪大學大阪大學(2008(2008年年3 3月月27273030日日) )成功開發(fā)出了單元轉(zhuǎn)換成功開發(fā)出了單元轉(zhuǎn)換效率高達效率高達5.35.3的有機固體太陽能電池。的有機固體太陽能電池。20152015年使模塊轉(zhuǎn)換效率為年使模塊轉(zhuǎn)換效率為1515的有機太陽能電池實現(xiàn)實的有機太陽能電池實現(xiàn)實用化用化 有機小分子化合物有機大分子化合物 20032003年年, Takahashi, Takahashi等人將聚噻吩衍生物等人將聚噻吩衍生物PThPTh與光敏劑卟啉與光敏劑卟啉H H2 2PCPC共混后與芘衍生物共混后與芘衍生物P

25、VPV制成雙層膜器件制成雙層膜器件, ,在在430nm430nm處的能量轉(zhuǎn)換處的能量轉(zhuǎn)換效率最高達到了效率最高達到了2.91%2.91%。模擬葉綠素分子結(jié)構材料雙層膜結(jié)構化合物器件示意圖 科納卡技術在2009年2月于日本舉行的“PV EXPO 2009 第二屆國際太陽能電池展”上展出了利用卷對卷方式制造的多種有機薄膜太陽能電池模塊。展示了利用柔性特點封裝于皮包中，或作為電子紙的電源加以利用的試制品 鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理 正極反應：正極反應：負極反應：負極反應：電池總反應：電池總反應： 聚合物鋰離子電池的工作原理與液態(tài)鋰離子電池基本相同唯一的區(qū)別在于鋰離子在固體電解質(zhì)中的傳導機理

26、。在聚合物鋰離子電池內(nèi)，主要是借助聚合物鏈段的運動來實現(xiàn)離子的傳導。聚合物鋰離子電池，形狀上可以做到薄形化、任意面積化和任意形狀化，大大提高了，電池造型靈活性，且電化學性能等方面也有大幅度提高。聚合物正極材料聚合物正極材料常用正常用正極材料極材料Li XCoO 2Li XNiO2LiXMn2 O4 聚合物聚合物正極材料正極材料聚苯胺(PAn)聚吡咯(PPY)聚噻吩(PTh)聚對苯(PPP)聚硫化物聚苯胺聚苯胺u單體：u在電池中的重要型式：聚苯胺正極材料在鋰離子電池中作用機理：聚苯胺正極材料在鋰離子電池中作用機理：P型摻雜(或脫雜) PAn 電極充放電時通過陰離子摻雜脫雜實現(xiàn)N型摻雜(或脫雜)

27、PAn 電極充放電時通過陽離子摻雜脫雜實現(xiàn)聚苯胺電導率與聚苯胺電導率與PH關系：關系：PH4 電導率與PH值無關 絕緣性2PH4 電導率隨PH值降低而迅速增加 呈半導體特性2PH 電導率與PH值無關 金屬性聚苯胺制備方法：電化學方法、化學法、乳液聚合法微乳液聚合法、模板聚合法等。聚吡咯聚吡咯 單體： 氧化還原反應：共軛鏈聚吡咯正極材料在鋰離子電池中作用機理：聚吡咯正極材料在鋰離子電池中作用機理：聚吡咯是中性共軛鏈聚合物，也需摻雜引入載流子其主鏈上正電荷就是載流子。載流子沿共軛鏈運動及電荷躍遷產(chǎn)生導電現(xiàn)象。PPy的穩(wěn)定狀態(tài)是氧化(P型)摻雜。P型摻雜的一般反應式是：PPy+ 氧化態(tài)PPy0 中性

28、態(tài)當陰離子及支持電解質(zhì)均為硝酸根、高氯酸根等較小的球形陰離子，其反應是可逆的。弱酸性溶液弱酸性溶液：堿性溶液：堿性溶液：PPy膜對陰離子會發(fā)生與親核性很強的OH-離子交換,其后的電化學還原和再氧化伴隨OH-的脫摻雜和再摻雜。但堿性過強會導致PPy結(jié)構破壞。水溶液：水溶液：PPy所處的電位超過0.5V時就會發(fā)生不可逆的氧化降解反應，使其共軛鏈結(jié)構破壞，失去導電性和電化學活性聚噻吩聚噻吩聚噻吩的制備條件較為苛刻，若控制好氧化劑的氧化電勢，則噻吩及其衍生物的PTh粉狀物具有較高電導率。聚噻吩的一般合成方法：聚硫化物聚硫化物聚合物負極材料聚合物負極材料l這類材料的分子結(jié)構中含有雙硫鍵(-S-S)，基于

29、其 可逆的電解聚-電聚合過程(2S- 而發(fā)生能量交換。l理論能量交換密度1500-3500W.h.kg-1，實際能量密度 可達830W.h.kg-1。l這種材料很大優(yōu)點就是可按預定方式控制其有機基團和 分子結(jié)構及通過共聚，共混來改變物理、化學和電化學 性能S-S+2e-）聚硫化物材料充放電機理：聚硫化物材料充放電機理：n 本身不導電，在充放電循環(huán)中反復發(fā)生 電聚合和電解聚反應n 放電-電解聚反應n 充電-電聚合反應速率控制步驟速率控制步驟自由基反應自由基反應 常見的聚合物常見的聚合物鋰離子電池的負極材料鋰離子電池的負極材料聚硫化物聚2、5-二巰基-1,3,4-噻二唑硫鏈交聯(lián)網(wǎng)狀聚合物聚硫化碳類

30、聚合物聚合物電解質(zhì)聚合物電解質(zhì)聚合物電解質(zhì)是指由大分子量的聚合物本體(包括共軛) 與鹽并添加無機材料所構成的體系，具有離子傳導性。聚合物電解質(zhì)電解質(zhì)又稱為復合聚合物電解質(zhì)，或雜化 聚合物電解質(zhì)，通常狀態(tài)下為固態(tài)。聚合物電解質(zhì)薄膜一般通過溶劑蒸餾的方法獲得。聚合物電解質(zhì)提高電導率主要途徑是通過共混、形成聚 合物(例接枝共聚物、嵌段共聚物)、交聯(lián)、加入摻雜鹽 、加入增塑劑、加入無機填料和提高主鏈的柔性等降低 聚合物結(jié)晶度。聚合物電解質(zhì)種類：u共混聚合物：使分子鏈間相互作用，抑制結(jié)晶生成。u共聚物： 抑制結(jié)晶，提高鏈段運動的能力。u交聯(lián)聚合物：提高聚合物物理機械性能，抑制PEO結(jié)晶。u接枝聚合物：將

31、短的低聚醚接到聚合物主鏈上，提高導電。u梳形聚合物：大量PEO側(cè)鏈，可抑制結(jié)晶增加無定形區(qū)含量。u超支化或星聚合物：三維球結(jié)構，含大量支化單元和末端單元。u鹽摻聚合物：有較高室溫電導率和粘彈性。u單離子導電的聚合物：只有一種離子能迅速傳導的離子導體。u無機粉末復合型聚合物：增強分子材料機械性能。聚合物導電機理聚合物導電機理 首先鋰離子與鏈段上某些官能團形成締合體 借助高分子鏈段蠕動 部分離子跨越能壘使活性位移動或替換鋰離子在電場下定向移動k聚合物鋰離子電池的優(yōu)點：聚合物鋰離子電池的優(yōu)點： 聚合物膜厚度可以很薄，電池質(zhì)量相對較輕； 消除了液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池中電極和電解質(zhì) 組分間的電化學反應，提

32、高了電池效率； 高低溫性能好，提高了電池的安全性； 消除了鋰液態(tài)電解質(zhì)電池中液體滲漏問題，提高了 電池的壽命； 便于生產(chǎn)各種外觀形狀的鋰電池； 利于工業(yè)化生產(chǎn)。紅外探測器n任何溫度高于絕對零度的物體都會產(chǎn)生紅外輻射。如何檢任何溫度高于絕對零度的物體都會產(chǎn)生紅外輻射。如何檢測它的存在，測定它的強弱并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰繙y它的存在，測定它的強弱并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?多數(shù)情況是轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏鄶?shù)情況是轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?以便應用，就是紅外探測器的主以便應用，就是紅外探測器的主要任務。紅外探測器是紅外系統(tǒng)中最關鍵的元件之一。紅要任務。紅外探測器是紅外系統(tǒng)中最關鍵的元件之一。紅外探測器所用的材料是制備紅外

33、探測器的基礎，沒有性能外探測器所用的材料是制備紅外探測器的基礎，沒有性能優(yōu)良的材料就制備不出性能優(yōu)良的紅外探測器。紅外探測優(yōu)良的材料就制備不出性能優(yōu)良的紅外探測器。紅外探測器分為熱探測器和光子探測器兩大類。器分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器n工作原理：熱探測器吸收紅外輻射后產(chǎn)生溫升，然后伴隨發(fā)生某些物理性能的變化。測量這些物理性能的變化就可以測量出它吸收的能量或功率。n常見的類型：常利用的物理性能變化有下列四種，利用其中一種就可以制備一種類型的熱探測器。n1. 熱敏電阻n熱敏物質(zhì)吸收紅外輻射后，溫度升高，阻值發(fā)生變化。阻值變化的大小與吸收的紅外輻射能量成正比。利用物質(zhì)吸收紅外輻射后電阻

34、發(fā)生變化而制成的紅外探測器叫做熱敏電阻。熱敏電阻常用來測量熱輻射，所以又常稱為熱敏電阻測輻射熱器。生物蛋白質(zhì)、DNA n熱釋電探測器n有些晶體，如硫酸三甘肽，鉭酸鋰和鈮酸鍶鋇等，當受到紅外輻射時，溫度升高，在某一晶軸方向上產(chǎn)生電壓。電壓大小與吸收紅外輻射的功率成正比。有機材料PVDF聚偏二氟乙烯及其共聚物。光子探測器n光子探測器吸收光子后，發(fā)生電子狀態(tài)的改變，從而引起幾種電學現(xiàn)象。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為光子效應。測量光子效應的大小可以測定被吸收的光子數(shù)。利用光子效應制成的探測器稱為光子探測器。光電導探測器的分類n光電導探測器可分為單晶型和多晶薄膜型兩類。n多晶薄膜型光電導探測器的種類較少，主要的有響應

35、于13微米波段的FbS、響應于35pm波段的PbSe和PbTe(PbTe探測器，有單晶型和多晶薄膜型兩種)。n單晶型光電導探測器，早期以銻化銦(InSb)為主，只能探測7微米以下的紅外輻射，后來發(fā)展了響應波長隨材料組分變化的銻鎘汞(Hg1-xCdxTe)和銻錫鉛(Pb1-xSnxTe)三元化合物探測器，在77K溫度下對8到14微米波段的紅外輻射的探測率很高。n光伏探測器 p-n結(jié)及其附近吸收光子后產(chǎn)牛電子和空穴。在結(jié)區(qū)外，它們靠擴散進入結(jié)區(qū)；在結(jié)區(qū)內(nèi)，則受結(jié)的靜電場作用電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。n區(qū)獲得附加電子，p區(qū)獲得附加空穴，結(jié)區(qū)獲得一附加電勢差。它與p-n結(jié)原來存在的勢壘方向相反，

36、這就要降低p-n結(jié)原有的勢壘高度，使得擴散電流增加，直到達到新的平衡為止。如果把半導體兩端用導線連結(jié)起來，電路中就有反向電流流過，用靈敏電流計可以測量出來；如果p-n結(jié)兩端開路，可用高阻毫伏計測量出光生伏特電壓。這就是p-n結(jié)的光伏效應。利用光伏效應制成的紅外探測器稱為光伏探測器(簡稱PV器件)。n光磁電探測器 在樣品橫向加一磁場，當半導體表面吸收光子后所產(chǎn)生的電子和空穴隨即向體內(nèi)擴散，在擴散過程中由于受橫向磁場的作用，電子和空穴分別向樣品兩端偏移，在樣品兩端產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象叫做光磁電效應。利用光磁電效應制成的探測器稱為光磁電探測器(簡稱PEM器件)。熱探測器與光子探測器性能比較n(1)熱探測器一般在室溫下工作，不需要致冷；多數(shù)光子探測器必須工作在低