聚3-己基噻吩取向薄膜的制備及其結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、隨著信息時代的到來，人們對于半導(dǎo)體材料的需求也越來越大。傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料雖然具有較好的性能，但是它的生產(chǎn)成本很高，對環(huán)境的污染也很嚴(yán)重，因此人們迫切的需要一種新的半導(dǎo)體材料來代替它。有機(jī)半導(dǎo)體材料作為一類新型的半導(dǎo)體材料，不僅具有有機(jī)物自身質(zhì)輕、柔軟、易獲得、易改性等優(yōu)點(diǎn)，同時也具有半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性，因此受到了越來越多的關(guān)注。聚3-己基噻吩(P3HT)是因其自身優(yōu)異的光電特性而成為目前最受關(guān)注的有機(jī)半導(dǎo)體材料之一。
　　

2、 本論文的工作主要圍繞P3HT取向薄膜的制備及其結(jié)構(gòu)的研究展開。主要內(nèi)容如下:
　　 1.P3HT薄膜晶體的形貌和結(jié)構(gòu)P3HT薄膜的電性能與其薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。為了獲得具有更好的形貌和結(jié)構(gòu)的薄膜，我們對P3HT薄膜的成膜條件及后處理過程進(jìn)行了研究。通過在乙腈氣氛下溶液澆鑄成膜的方法，我們得到了厚度均勻的P3HT薄膜。將薄膜在不同溫度的四氫呋喃氣氛下退火后，我們在P3HT薄膜表面獲得了大量的樹葉狀晶體和納米線狀晶體。通過對

3、晶體的形貌和結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，兩種晶體都存在晶體a軸的面外取向，并且樹葉狀晶體具有更大更平整的晶體表面。通過控制薄膜晶體的生長條件，我們得到了不同數(shù)目和大小的樹葉狀晶體。
　　 2.P3HT摩擦取向薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)P3HT分子鏈在取向薄膜中有序排列可以提高分子問π電子的重疊程度，從而大大提高載流子在分子間的傳遞能力。我們通過摩擦取向的方法成功地制備了高分子量的P3HT取向薄膜。通過對薄膜的結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)其分子鏈沿著摩擦方向取向，晶體的

4、a軸在薄膜面內(nèi)垂直與摩擦方向取向，而b軸則垂直于薄膜表面取向。通過對薄膜的形貌研究發(fā)現(xiàn)，摩擦得到的薄膜上下表面的取向效果不同。為了提高薄膜的整體取向效果，我們嘗試了自成核結(jié)晶、直接退火、溶劑氣氛退火等方法對薄膜進(jìn)行后處理，發(fā)現(xiàn)利用四氫呋喃氣氛處理薄膜可以在不破壞薄膜內(nèi)部取向結(jié)構(gòu)的前提下提高薄膜表面的取向效果。
　　 3.P3HT/PE的附生結(jié)晶行為摩擦得到的P3HT薄膜雖然具有取向結(jié)構(gòu)，但其晶體的b軸是面外取向，而b軸的方向是載

5、流子遷移的主要方向，因此我們希望讓b軸面內(nèi)取向。通過在熔體拉伸取向的PE薄膜上附生結(jié)晶的方法，我們得到了高度取向的P3HT薄膜。通過對兩種薄膜的形貌研究發(fā)現(xiàn)，兩種片晶在薄膜內(nèi)都垂直于PE薄膜的拉伸方向取向排列，說明PE基底對P3HT薄膜有很強(qiáng)的成核作用。對兩種薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，P3HT晶體的c軸平行于PE薄膜的拉伸方向，b軸在薄膜面內(nèi)垂直于拉伸方向，分子鏈在P3HT的(100)晶面和PE的(110)晶面的鏈間距相互匹配，兩者存在

6、明顯的附生關(guān)系。通過在取向的PE基底上旋轉(zhuǎn)涂覆P3HT薄膜的方法可以獲得大面積的P3HT取向薄膜。
　　 4.PE-39-propyl晶體結(jié)構(gòu)的缺陷聚合物晶體內(nèi)部往往存在一些缺陷，這些缺陷會破壞晶體內(nèi)分子鏈的有序排列。同時，PE取向薄膜作為P3HT附生結(jié)晶的基底，它的晶體結(jié)構(gòu)缺陷對于P3HT晶體的生長也有很大影響。因此，我們對PE晶體結(jié)構(gòu)的缺陷進(jìn)行了研究。通過對精確接枝聚乙烯（PE-39-propyl）晶體結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，丙基側(cè)