混合異質(zhì)結(jié)聚合物碳納米管有機光電探測器.pdf

1、在現(xiàn)代納米科技迅速發(fā)展的今天，輸運電子的碳納米管已經(jīng)被應(yīng)用到能很好輸運空穴傳輸?shù)木酆衔锂斨?。然而，在?fù)合薄膜中使用碳納米管的主要障礙是以下幾個方面:1）碳納米管表面的可濕性。2）均勻地擴散碳納米管于聚合物中。這些障礙主要不是通過選擇極性或者非極性溶劑來解決，而是通過功能化碳納米管來實現(xiàn)的。一旦在溶液中能夠很好的擴散碳納米管，則能夠很好的形成一個納米管網(wǎng)絡(luò)，這將很有利于電荷的傳輸。然而，對于碳納米管的功能化既有好處也有壞處。這個普遍的缺點

2、是由于納米管的功能化損失了納米管的π共軛。如果碳納米管溶解于極性溶劑當中（如水），則最終得到的薄膜將是易濕性的。功能化碳納米管的優(yōu)點是聚合物的π共軛沒有受到阻礙，此外添加的官能團通常是很少量的，所以很容易被去除。在這種情況下的碳納米管由于非共軛的化學(xué)官能團的共價結(jié)合在有機溶劑中是可溶的。
　　在本文當中，我們首先研究了少量羧基化碳納米管分散于聚噻吩中對有機聚合物光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。我們通過AFM、TEM、UV-VIS、FTIR等手段對

3、薄膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)進行了表征，從而得出了一些將有利于碳納米管有機光伏方面的結(jié)論。
　　此工作的主要研究工作及結(jié)果如下:
　　1)碳納米管對聚噻吩P3HT結(jié)晶度的影響
　　我們選用羧基化碳納米管加入聚噻吩P3HT聚合中來探究薄膜結(jié)構(gòu)變化。通過實驗發(fā)現(xiàn)在加入碳納米管之后聚噻吩結(jié)晶度隨之提高。而且隨著碳納米管質(zhì)量比的提高，聚噻吩的結(jié)晶度也進一步提高。具體表現(xiàn)是，隨著碳納米管的加入。XRD衍射峰變強變尖，吸收譜產(chǎn)生很明顯的紅移，原

4、子力顯微圖像粗糙度明顯提高，這均是聚噻吩P3HT結(jié)晶度提高后的結(jié)果。通過透射電子顯微鏡圖像，我們可以更加明晰的看到聚噻吩分子鏈纏繞碳納米管形成包裹的結(jié)構(gòu)。
　　2)碳納米管的加入對聚噻吩有機薄膜光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
　　通過穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜和時間分辨光致發(fā)光譜，我們可以很清晰的看到隨著碳納米管的加入激子壽命明顯減小。這則是由于在聚合物和碳納米管之間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的。具體表現(xiàn)是穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜存在很明顯的淬滅現(xiàn)象，時間分辨光致發(fā)光譜

5、則有很明顯的壽命衰減。透過穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜，我們發(fā)現(xiàn)隨著碳納米管質(zhì)量比的增加，0-0峰的強度也隨之增加，通過對比前任工作，我們發(fā)現(xiàn)這都是因為聚合物包裹碳納米管后由H型聚集形成J型聚合的原因。這和前面TEM所得到的結(jié)果是一致的。
　　3)碳納米管的加入對聚噻吩有機光電探測器的影響。
　　通過對比純聚噻吩薄膜光電器件和聚噻吩/碳納米管有機光電探測器，我們發(fā)現(xiàn)在加入碳納米管之后，器件光電流產(chǎn)生很明顯的增強。這是由于碳納米管的加入加速

6、了激子的拆分所導(dǎo)致的。具體表現(xiàn)是加入碳納米管之后，在光照條件下，器件瞬時光響應(yīng)變得更強。但是由于碳納米管良好的導(dǎo)電性，隨之而來器件也產(chǎn)生了較高的暗電流。這對于實際的應(yīng)用則是極為不利的。
　　接著為了更進一步研究碳納米管對聚合物光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，我們選取不同直徑的碳納米管分別與聚噻吩P3HT共混，來研究其薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。
　　其主要的研究工作及結(jié)論:
　　1)不同管徑碳納米管/聚合物形態(tài)結(jié)構(gòu)和光學(xué)的研究
　　我們選

7、取單壁和多壁碳納米管分別與聚噻吩P3HT進行混合旋涂成膜。我們發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管能更好地誘導(dǎo)聚噻吩分子鏈的結(jié)晶。其現(xiàn)象就是相比于多壁碳納米管，產(chǎn)生更加明顯的紅移。其次我們通過TEM可以很清楚的看到，相比于多壁碳納米管，單壁碳納米管在薄膜中的分散性更好。我們可以很清晰的看到聚合物包裹碳納米管的現(xiàn)象。這也是吸收譜產(chǎn)生紅移的原因。
　　其次通過比較發(fā)現(xiàn)，在加入單壁多壁碳納米管之后薄膜的光致發(fā)光譜0-0峰均產(chǎn)生很明顯的增強。對比前一個工作，

8、這是因為聚合物包裹碳納米管從H構(gòu)型向J構(gòu)型轉(zhuǎn)變的結(jié)果。此外，我們發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管/聚噻吩薄膜產(chǎn)生更明顯0-0峰的增強。這可能是單壁碳納米管能更好的導(dǎo)致聚噻吩纏繞碳納米管所致，這和前面結(jié)果是一致的。進一步的TCSPC研究進一步證明，由于單壁碳納米管能更好的誘導(dǎo)聚噻吩纏繞碳納米管，所以導(dǎo)致更好的從聚噻吩到碳納米管的電子傳遞。具體表現(xiàn)是，通過TCSPC，我們發(fā)現(xiàn)激子的壽命明顯減小。而且單壁碳納米管/聚噻吩薄膜激子壽命短于多壁碳納米管/聚噻吩薄