聚烷基噻吩的合成与性能研究

论文摘要

3-烷基取代聚噻吩是一种具有良好稳定性的新型聚合物发光材料。本文用金属镁与溴代正己烷和溴代正十二烷反应合成两种Grignard试剂,再以Ni （DPPP）C12为催化剂,按照Kunmada偶联反应,将合成的两种Grignard试剂分别与3-溴噻吩反应合成3-己基噻吩和3-十二烷基噻吩单体。用核磁共振氢谱等手段对所合成单体结构进行了表征,并分析了反应过程的影响因素。然后用FeCl3催化氧化法合成了3-己基聚噻吩和3-十二烷基聚噻吩。用凝胶渗透色谱法和核磁共振氢谱法表征了它们分子量和结构,通过热重分析法和示差扫描量热仪研究了它们的热稳定性和玻璃化转变温度,并用X射线衍射对它们的晶态类型进行了表征。对它们的溶液和薄膜的紫外-可见吸收性能、光致发光性能和能隙进行了对比研究。用FeCl3对P3DDT进行了氧化掺杂,对P3HT进行了I2掺杂,研究了P3HT与C60按不同质量比混合成膜的光谱特性。制备好在电场下对聚合物进行取向所用的电极与电源装置,制作加电场用的上下电极与水平电极,我们用接触调压器、二极管、变压器、电阻、电流表、万用表、保险丝等组装成电压可调的电源。并对下一阶段工作内容做了探讨。实验结果表明P3HT和P3DDT具有较高的分子量和纯度,P3HT与P3DDT的起始分解温度为分别为290℃与260℃,P3HT与P3DDT的玻璃化转变温度分别为180℃与205℃, XRD结果表明它们均为完全非晶态物质。烷基取代基对聚合物的光学性能和禁带宽度有很大影响。只有适当长度的烷基侧链的取代才会有利于提高分子链堆积的平面性和共轭性。P3HT和P3DDT的溶液最大吸收峰分别在420nm和413nm,相应的发射峰分别为602nm和573nm；薄膜的最大吸收峰分别为430nm和415nm,相应的发射峰分别为622nm和589nm,它们的禁带宽度分别为1.9eV和2.2eV。表明P3HT比P3DDT更适于用做聚合物太阳能电池材料。FeCl3的掺杂均使P3DDT的吸收峰和发射峰发生蓝移,P3DDT经FeCl3掺杂24小时和48小时它们的紫外最大吸收峰均是365nm,最大发射峰是513nm与518nm。I2与P3HT薄膜的Uv-vis吸收范围较P3HT薄膜、I2与P3HT溶液的宽一些。P3HT的薄膜,在室温环境下直接蒸碘,立即放在四探针下会发现电导率能达到导体的水平,但此电导率不能长时间维持。P3HT与C60质量比1：0.5；1：1；1：2成薄膜后的Uv-vis的最大吸收峰分别为437nm、431nm、439nm,最大发射峰分别为575nm、570nm、543nm。可看出随着C60的增加光谱响应范围变宽。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 导电高分子材料综述
• 1.1.1 电子给体材料
• 1.1.1.1 聚乙炔（polyacetylene,PA）
• 1.1.1.2 聚吡咯（polypyrrol,PPy）
• 1.1.1.3 聚苯胺（polyaniline,PAn）
• 1.1.1.4 聚乙烯基咔唑（PVK）
• 1.1.1.5 聚对苯亚乙烯（polyphenylene vinylene,PPV）
• 1.1.1.6 聚噻吩（polythiophene,PTh）
• 1.1.2 电子受体材料
• 60及其衍生物'>1.1.2.1 C₆₀及其衍生物
• 1.1.2.2 碳纳米管及无机化合物半导体纳米颗粒
• 2）'>1.1.2.3 纳米二氧化钛（TiO₂）
• 1.1.2.4 苝及其衍生物
• 1.1.3 共聚化合物
• 1.2 导电高分子的应用
• 1.3 太阳能电池分类、原理、发展趋势
• 1.3.1 太阳能电池分类
• 1.3.2 太阳能电池原理
• 1.3.2.1 硅太阳能电池原理
• 1.3.2.2 染料敏化太阳能电池原理
• 1.3.2.3 聚合物太阳能电池原理
• 1.3.3 太阳能电池的发展趋势
• 1.4 聚合物体相异质结型太阳能电池
• 1.5 烷基聚噻吩及其在光伏电池领域综述
• 1.5.1 烷基取代聚噻吩简介
• 1.5.2 聚烷基噻吩光伏电池进展
• 1.6 本论文研究目标及主要设计思想
• 1.7 本论文主要研究内容
• 第二章 聚3-己基、十二烷基噻吩的合成、表征
• 2.1 聚烷基噻吩（PATs）的化学合成方法
• 2.1.1 无序PATs的合成方法
• 2.1.2 有序PATs的合成方法
• 2.1.2.1 McCullough（1999年）法
• 2.1.2.2 Rieke法
• 2.1.3 电化学聚合法
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验主要药品及规格
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 单体3-己基噻吩、3十二烷基噻吩的合成
• 2.2.3.1 单体3-己基噻吩的合成
• 2.2.3.2 单体3-十二烷基噻吩的合成
• 2.2.4 3-己基、十二烷基取代噻吩聚合物的合成
• 2.3 P3HT与P3DDT的表征
• 2.3.1 测试仪器与其型号
• 1H-NMR）分析'>2.3.2 核磁共振氢谱（¹H-NMR）分析
• 2.3.3 分子量
• 2.3.4 热重（TG）分析
• 2.3.5 示差扫描量热（DSC）分析
• 2.3.6 X-射线衍射（XRD）
• 2.4 本章小结
• 第三章 聚3-己基、十二烷基噻吩光性能
• 3.1 聚合物光学性能
• 3.2 掺杂态烷基取代聚噻吩的光谱特性
• 3.3 P3HT与C60混合的光谱特性研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚合物在电场下性能研究的前期准备工作
• 4.1 聚合物的结晶与取向
• 4.2 主要仪器
• 4.3 电极及高压电源的制作
• 4.3.1 电极的制作方法
• 4.3.1.1 上下电极的制作方法
• 4.3.1.2 水平电极的制作方法
• 4.3.2 电源的组装方式
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件