聚苯胺-碳納米管復(fù)合薄膜的制備與電學(xué)性能研究.pdf

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源中發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域之一,它的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到了世界各國(guó)的普遍重視。目前應(yīng)用的太陽(yáng)能電池大都以硅材料或無(wú)機(jī)化合物為基礎(chǔ),它們工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高,這在一定程度上限制了它們大規(guī)模的推廣應(yīng)用。為了改善太陽(yáng)能電池的性能、降低制造成本、減少大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的影響,科學(xué)家探索了許多新材料、新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。聚合物太陽(yáng)能電池具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料價(jià)格低廉、柔性及可制備大面積器件等優(yōu)點(diǎn),得到了研究人員的廣泛關(guān)注

2、,目前它的轉(zhuǎn)換效率還很低。在眾多因素中,光生電荷的傳輸是影響聚合物太陽(yáng)能電池性能的重要因素之一。
　　 碳納米管具有極高的電荷傳輸能力,被廣泛用于光電子器件如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)光伏電池的制備等。聚苯胺具有良好的導(dǎo)電性,在紫外可見(jiàn)及近紅外光譜區(qū)具有優(yōu)良的光吸收性,是聚合物太陽(yáng)能電池新的研究熱點(diǎn)。本文利用聚苯胺作為電子給體材料(D),碳納米管作為電子受體材料(A)制成復(fù)合薄膜,通過(guò)控制反應(yīng)條件使復(fù)合體系在微觀上形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增大

3、給體／受體(D／A)的界面面積,期望提高復(fù)合體的電傳輸性能。本文的研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.用濃硫酸和濃硝酸(體積比為3:1)的混合液純化了碳納米管,并對(duì)純化前后的碳納米管進(jìn)行了表征與分析。掃描電子顯微鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)、X射線衍射(xrd)、能譜圖研究表明經(jīng)酸處理的碳納米管純度得到了提高,傅里葉紅外光譜分析表明碳納米管的管壁上接枝了羥基、羧基官能團(tuán)。
　　 2.對(duì)超聲前后的碳納米管進(jìn)行了分散性觀察,發(fā)

4、現(xiàn)超生處理后的碳納米管在有機(jī)溶劑二甲基甲酰胺(DMF)中形成了良好的分散。采用共混法和原位聚合法,通過(guò)改變碳納米管含量,制備出了碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的復(fù)合材料。
　　 3.將共混法和原位聚合法制備的復(fù)合材料分別分散于有機(jī)溶劑二甲基甲酰胺中,采用簡(jiǎn)單易行的浸漬提拉法使其在玻璃基底上成膜,在50℃下烘干。使用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合薄膜的表面及斷面形貌進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)原位聚合法制備的復(fù)合薄膜中碳納米管分散均勻,共混法中碳納米管

5、大多仍團(tuán)聚成束,復(fù)合薄膜厚度為1μm左右,利用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)(UV-vis)對(duì)原位聚合法制備的薄膜光吸收性進(jìn)行了表征與分析。
　　 4.利用四探針電阻儀、光電導(dǎo)測(cè)試儀對(duì)復(fù)合薄膜的光電特性進(jìn)行了測(cè)試分析,探討了碳納米管含量、超聲波處理時(shí)間、制備方法、熱退火對(duì)復(fù)合薄膜電導(dǎo)率的影響。結(jié)果顯示隨著碳納米管含量的增加復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率從1.6×10-2s／cm增加到了120×10-2s／cm；光照下,碳納米管和聚苯胺之間存在強(qiáng)的相互作