《有機光電材料》ppt課件

1、高分子材料在能源信息領(lǐng)域的應(yīng)用,主講人：牛小玲,能源,水力,火力,風力,核能,潮汐,地熱,太陽能發(fā)電站,有機太陽能電池,植物光合作用,多晶硅太陽能電池,太陽能電池發(fā)展歷史,1839，Bequerel發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),1873，Selen發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng),1954，研發(fā)出半導體技術(shù) 第一塊硅晶片誕生,固體吸收光線,產(chǎn)生自由電荷,電荷分離,在太陽光照下，毫無損傷地產(chǎn)生電子能量,能級分布,固體中的能量狀態(tài)圖,絕緣體,

2、金屬,半導體,太陽能電池發(fā)電原理,太陽能電池種類,硅太陽能電池,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,,,,,,,納米晶太陽能電池,聚合物太陽能電池,用于太陽能電池的高分子,納米復合材料,聚乙炔,聚噻吩,聚吡咯,聚苯胺,,聚乙炔,,高分子的化學結(jié)構(gòu),聚噻吩,聚吡咯,聚苯,聚苯撐乙烯,聚芴,三聯(lián)苯聚乙炔,C60足球烯,Richard N, Zare,Walter, Kohn,Harold, Kroto,Nobel Pri

3、ze for 1996,?,??,Nobel Prize in Chemistry 2000,“For the discovery and development of conductive polymers”,,G. MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger,,電導率,能帶間隙 (Energy Band Gap),金屬之Eg值幾乎為0 eV ，半導體材料Eg值在1.0~3.5 eV之間，絕緣體之Eg

4、值則遠大于3.5 eV。,,導電高分子材料的研究進展,1862年，英國Letheby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G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4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(SN)x具有超導性,初期的實驗發(fā)現(xiàn)與理論積累,科學家將有機高分子與無機高分子導電聚合物的開發(fā)研究合在一起開始了探尋之旅。,1974年日本筑波大學H.Shirakawa在合成聚

5、乙炔的實驗中，偶然地投入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。,10－8～10－7 S/m,10－3～10－2 S/m,導電高分子材料的發(fā)現(xiàn),,導電高分子材料的研究進展,1975年，G. MacDiarmid 、 J.Heeger與H.Shirakawa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(yīng)(doping)后，其電導率令人吃驚地達到3000S/m。,聚乙炔的

6、摻雜反應(yīng),導電高分子材料的研究進展,,1980年，英國Durham大學的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。 1983年，加州理工學院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換了聚乙炔，其導電率達到35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定。 1987年，德國BASF科學家 N. Theophiou 對聚乙炔合成方法進行了改良，得到的聚乙炔電導率與銅在同一數(shù)量級，達到107S/m。,后續(xù)研究進展,

7、金屬防腐蝕,防止低碳鋼腐蝕，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,聚苯胺還原電位0V/SCE，金屬鐵氧化電位 -0.7V/SCE，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最終成為致密的氧化膜，起到保護作用,,船舶防污涂料,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

8、涂料,導電聚苯胺在海水中會發(fā)生氧化還原反應(yīng)海洋生物生長的最佳PH為7-8，導電涂層的酸性環(huán)境,電學性能與應(yīng)用,透明電極,印刷電路板,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但透明性與高導電性是矛盾的， 樟腦磺酸摻雜,在絕緣的基底上鍍金屬銅，表面吸附貴金屬，然后在銅離子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,聚苯胺類高分子在一定的電導率范圍內(nèi)具有很高的介

9、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，界面處的聚乙烯熔融，最終粘結(jié)在一起，具有良好的力學性能,新能源,,,燃料電池-質(zhì)子交換膜,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，通過載流子注入和復合導致發(fā)光,鄧青云,1979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忘記在實驗室?；氐?/p>

10、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,有機發(fā)光二極管OLED,光傳導高分子材料,光導纖維,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(shù)，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

11、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屏幕所產(chǎn)生的負擔,手機結(jié)構(gòu) 手機結(jié)構(gòu)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

12、φ2，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： Rubber 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，

13、如key pad上的定位孔和定位pin間隙太?。?lt;0.2-0.3mm），則key pad壓下去后沒法回彈。,4.Dome按下去后，它下面的電路導通，表示該按鍵被按下。材料：有兩種，Mylar dome和metal dome，前者是聚酯薄膜，后者是金屬薄片。Mylar dome 便宜一些。連接：直接用粘膠粘在PCB上。5.電池蓋材料一般也是pc + abs。有兩種形式：整體式，即電池蓋與電池合為一體；分體式，即電池蓋與電

14、池為單獨的兩個部件。連結(jié)：通過卡勾 + push button（多加了一個元件）和后蓋連結(jié)； 6.電池蓋按鍵材料：pom,電腦,為什么我的筆記本一摔就壞了，而他的摔一下卻什么事都沒有?為什么我的筆記本屏幕一按就有水波紋，而他的上面居然能站個人?為什么我的筆記本不能沾水，而他的把水潑上去竟然也沒關(guān)系?為什么我的筆記本重得像板磚而他的卻似乎輕若無物?,鎂鋁合金、鈦合金、ABS工程塑料、改進型工程塑料,碳纖維,光信息存儲,有機

15、存儲材料,生活離不開的電子產(chǎn)品,芯片,感光性高分子材料 Photosensitive Polymeric Materials,感光高分子材料——在光的作用下能迅速發(fā)生光化學反應(yīng)，引起物理和化學變化的高分子體系感光高分子材料的應(yīng)用光致抗蝕劑（光刻膠）光固化粘合劑光固化涂料、油墨,相關(guān)的光化學過程（Photochemistry）光聚合Photopolymerization,,44,光交聯(lián)Photocrosslin

16、king,,,IC制作的光刻膠,光刻膠涂覆于表面為SiO2的單晶硅片上在單晶硅片上制作出集成微小電阻、電容、晶體管等微電子元器件。,,金屬氧化物半導體（MOS）晶體管示意圖,46,對底材進行區(qū)域選擇性保護，裸露區(qū)域被刻蝕。,光刻原理,Manufacturing steps,The manufacturing process involves four main steps:Deposition （沉積）：單晶硅片上沉積異相薄膜 S

17、iO2, Al, Doping （摻雜）：通過摻雜改變導電性Photolithography（光成像）： 照相制版，制掩膜 Etching（蝕刻）：轉(zhuǎn)印立體圖案至單晶硅片上,Process,正性與負性光刻膠,光刻膠 － 光致抗蝕劑 (photoresist)正性光刻膠－光致可溶（易溶）負性光刻膠－光致不溶（難溶）,正性光刻膠,光致增溶機理,酸增殖反應(yīng),光照下光產(chǎn)酸劑分解出H+， 然后H+催化保護基團的脫落，同時產(chǎn)生H+，后者又可

18、以作為催化劑，如此不斷循環(huán)，使酸濃度越來越高,,負性光刻膠,機理：光致耦合、交聯(lián)等；代表類型：聚乙烯醇肉桂酸酯、環(huán)化橡膠-多疊氮體系、水性光刻膠等,水溶性光刻膠,水溶性高分子 + 水溶性 多疊氮感光交聯(lián)劑水溶性高分子：聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺等；水溶性疊氮光敏交聯(lián)劑：,不用苯系和鹵代溶劑，環(huán)保,53,對光刻膠的要求,???光刻膠的一般要求,要求有很好的成膜性。光刻時一般采用旋轉(zhuǎn)涂膠的辦法，即在硅片的中心滴一滴光刻膠，然后在高速

19、旋轉(zhuǎn)臺上旋轉(zhuǎn)，使光刻膠均勻分布在硅片上成膜。 要求膠膜對二氧化硅有強的附著力。 要有足夠的光敏性。 要有良好的分辨率，所謂分辨率就是光刻可達到的最細線條的寬度。 對光刻所用腐蝕液有良好的抗腐蝕性等等。,,導電高分子,聚合物是分子型材料，原子與原子間通過共享價電子形成共價鍵而構(gòu)成分子，共價鍵屬于定域鍵，價電子只能在分子內(nèi)的一定范圍內(nèi)自由遷移，缺少可以長距離遷移的自由電子，因此，高分子材料屬于絕緣材料的范疇。,導電高分子材料,197

20、7年，美國化學家MacDiarmid，物理學家Heeger和日本化學家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的特性 。并因此獲得2000年諾貝爾化學獎。將Ziggler—Natta催化劑溶于甲苯中，冷卻到-78度,通入乙炔，可在溶液表面生成順式的聚乙炔薄膜。摻雜后電導率達到105S/cm量級。,2000年諾貝爾化學獎得主,美國物理學家Heeger,美國化學家MacDiarmid,日本化學家Shirakawa,導電高分子,迄

21、今為止，國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)型導電高分子研究得較為深入的品種有聚乙炔、聚對苯硫醚、聚對苯撐、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。 其中以摻雜型聚乙炔具有最高的導電性，其電導率可達5×103～104Ω-1·cm-1（金屬銅的電導率105Ω-1·cm-1）。但是其環(huán)境穩(wěn)定性問題至今解決不好，影響了其使用。環(huán)境穩(wěn)定性好的聚苯胺、聚吡咯（德國BASF公司已批量生產(chǎn)）、聚噻吩目前成為導電高分子的三大品種。,電導率σ

22、,σ = 1 / ρ （S/cm）標定材料的導電性能,電導率(S/cm),106104102 110-210-410-610-810-1010-1210-1410-1610-18,,,銀、銅、鐵,金 屬,,半 導 體,絕 緣 體,銦、鍺硅,溴化銀玻璃金剛石硫石英,,導 電 高 分 子,導電高分子,導電高分子,,,復合型導電高分子,本征導電高

23、分子（結(jié)構(gòu)導電高分子）,,電子導電聚合物,,,離子導電聚合物,氧化還原型導電聚合物,高分子本身具備傳輸電荷的能力,,,載流子?,導電的基本概念,載流子 材料在電場作用下能產(chǎn)生電流是由于介質(zhì)中存在能自由遷移的帶電質(zhì)點，這種帶電質(zhì)點被稱為載流子。 常見的載流子包括：自由電子、空穴、正負離子，以及其它類型的荷電微粒。 載流子的密度是衡量材料導電能力的重要參數(shù)之一。,本征型導電高分子材料（電子導

24、電）,電子導電高分子：具有共軛π鍵，其本身或經(jīng)過“摻雜”后具有導電性的一類高分子材料。電子導電高分子的特點： 高分子鏈上有共軛π鍵,聚乙炔,聚吡咯,聚噻吩,聚對苯,聚苯乙炔,,n,聚苯胺,結(jié)構(gòu)特點,純凈的電子導電聚合物本身導電率并不高，必須經(jīng)過摻雜才具備高的導電性。 摻雜是向空軌道注入電子，或是從充滿軌道拉出電子，改變π電子能帶的能級，出現(xiàn)半充滿能帶，減小能量差，減小電子或空穴遷移的阻力。,？涉及電子轉(zhuǎn)移的過程,采用何

25、種物質(zhì)摻雜？,導電高分子的摻雜途徑——正摻雜與負摻雜,氧化（正摻雜） (p-doping):,[CH]n + 3x/2 I2 ——> [CH]nx+ + x I3-,[CH]n + x Na ——> [CH]nx- + x Na+,,電子受體，氧化劑,還原（負摻雜） (n-doping):,,從價帶中拉出一個電子,通過氧化還原反應(yīng)完成電子轉(zhuǎn)移過程,復合型導電高分子材料的結(jié)構(gòu)組成,聚合物基體材料,+,導電填充物,將導電顆粒

26、牢固地粘結(jié)在一起，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。,,,提供載流子的作用，它的形態(tài)、性質(zhì)和用量直接決定材料的導電性。,按聚合物基體材料不同分類,導電塑料 ------ 聚乙烯、聚丙烯、聚酯及聚酰胺導電橡膠 ------ 氯丁橡膠、硅橡膠導電纖維 ------ 聚酰胺、聚酯、腈綸導電膠粘劑 ------ 環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等導電涂料 ------ 有機硅樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹脂,導電填充材料,碳系

27、填料（炭黑、石墨、碳纖維等）金屬系填料（金、銀、銅、鎳粉等）金屬氧化物填料（氧化錫、氧化鈦等）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(yīng)用,炭黑/硅橡膠構(gòu)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 靜電復?。?。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、圖像等遮光的地方

28、，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(yīng)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。,有機太陽能電池,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。而太陽能電池便是一個很好的應(yīng)用。 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 。(縱然如此研究者也不在少

29、數(shù))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。因而目前 有機太陽能的現(xiàn)狀是：研究機構(gòu)紛紛投身研究有機太陽能，企業(yè)也紛紛涉足有機太陽能。,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(chǔ)和核心，是一種光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?，用適當?shù)墓庹赵谏线呏笃骷啥藭a(chǎn)生電動勢。 典型的太陽電池是一個p-n結(jié)半導體二極管。 ◆ p-n結(jié)的形成過程(N型半導體中含有較多的空穴，而P型半導

30、體中含有較多的電子，這樣，當P型和N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P-N結(jié))。 ◆光生載流子－電子／空穴對的產(chǎn)生 ◆ “光生電壓”及“光生電流”的產(chǎn)生,p-n結(jié),“光生載流子” 的產(chǎn)生光子把電子從價帶(束縛)激發(fā)到導帶(自由)，并在價帶內(nèi)留下一個/空穴(自由)－產(chǎn)生了自由電子－空穴對,“光生電壓”的產(chǎn)生自由電子和空穴擴散進入p-n結(jié)，n-p結(jié)作用下，分別在n區(qū)和p區(qū)形成電子和空

31、穴的積累,太陽電池,,,材料分類硅太陽能無機化合物半導體太陽能(硫化鎘-硫化亞銅，砷化鎵等)敏化納米晶太陽能(染料敏化太陽能)有機化合物太陽能 以酞菁 等等為集體材料制成的太陽能(小分子有機物太陽能)塑料太陽能(高分子多聚物太陽能),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

32、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)換效率為16. 6 %,1986年，柯達公司的鄧青云博士.

33、 光電轉(zhuǎn)化效率達到1％左右。時至今日這種雙層膜異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)仍然是有機太陽能電池研究的重點之一。 1992年，土耳其人Sariciftci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到C60分子而反向的過程卻要慢得多1993年，Sariciftci在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上制成PPV/C60雙層膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池。2007 《Science》Alan J. Heeger等 “使有機薄膜太陽能電池的單元轉(zhuǎn)換效率達到了全球最高――

34、6.5％”。,大阪大學(2008年3月27～30日)成功開發(fā)出了單元轉(zhuǎn)換效率高達5.3％的有機固體太陽能電池。2015年使模塊轉(zhuǎn)換效率為15％的有機太陽能電池實現(xiàn)實用化,有機小分子化合物,有機大分子化合物,2003年, Takahashi等人將聚噻吩衍生物PTh與光敏劑卟啉H2PC共混后與芘衍生物PV制成雙層膜器件,在430nm處的能量轉(zhuǎn)換效率最高達到了2.91%。,模擬葉綠素分子結(jié)構(gòu)材料,雙層膜結(jié)構(gòu)化合物器件示意圖,科納卡技術(shù)

35、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,,,,正極反應(yīng)：,負極反應(yīng)：,,電池總反應(yīng)：,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。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

36、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,常用正極材料,Li XCoO 2Li XNiO2LiXMn2 O4,,,聚合物正極材料,聚苯胺(PAn)聚吡咯(PPY)聚噻吩(PTh)聚對苯(PPP)聚硫化物,,聚苯胺,單體：,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：,,P型

37、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) 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PH關(guān)系：PH＞4 電導率與PH值無關(guān) 絕緣性2＜PH＜4 電導率隨PH值降低而迅速增加 呈半導體特性2＞PH 電導率與PH值無關(guān) 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。,

38、聚吡咯,單體：,氧化還原反應(yīng)：,,共軛鏈,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(yīng)式是：,PPy+,,氧化態(tài),PPy0,,中性態(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(yīng)是可逆的。,弱酸性溶液：,堿性溶液：,PPy膜對陰離子會發(fā)生與

39、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(gòu)破壞。,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(yīng)，使其共軛鏈結(jié)構(gòu)破壞，失去導電性和電化學活性,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,聚合物負極材料,這類材料的分子結(jié)構(gòu)中含有雙硫鍵(-S-S)

40、，基于其 可逆的電解聚-電聚合過程(2S- 而發(fā)生能量交換。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。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(gòu)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：,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(yīng),放電-電解聚反應(yīng),充電-電聚合反應(yīng),,速率

41、控制步驟,,速率控制步驟,,自由基反應(yīng),,自由基反應(yīng),常見的聚合物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聚合物,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(gòu)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

42、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：共混聚合物：使分子鏈間相互作用，抑制結(jié)晶生成。共聚物： 抑制結(jié)晶，提高鏈段運動的能力。交聯(lián)聚合物：提高聚合物物理機械性能，抑制PEO結(jié)晶。接枝聚合物：將短的低聚醚接到聚合物主鏈上，提高導電。梳形

43、聚合物：大量PEO側(cè)鏈，可抑制結(jié)晶增加無定形區(qū)含量。超支化或星聚合物：三維球結(jié)構(gòu)，含大量支化單元和末端單元。鹽摻聚合物：有較高室溫電導率和粘彈性。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。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,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：,聚合物膜厚

44、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(yīng)，提高了電池效率；,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,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?多數(shù)情況是轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?以便應(yīng)用，就是紅外探測器的主要

45、任務(wù)。紅外探測器是紅外系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件之一。紅外探測器所用的材料是制備紅外探測器的基礎(chǔ)，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。紅外探測器分為熱探測器和光子探測器兩大類。,熱探測器,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。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。,1. 熱敏電阻熱敏物質(zhì)吸收

46、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,熱釋電探測器有些晶體，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,光子探測器吸收光

47、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(yīng)。測量光子效應(yīng)的大小可以測定被吸收的光子數(shù)。利用光子效應(yīng)制成的探測器稱為光子探測器。,光電導探測器的分類,光電導探測器可分為單晶型和多晶薄膜型兩類。多晶薄膜型光電導探測器的種類較少，主要的有響應(yīng)于1~3微米波段的FbS、響應(yīng)于3~5pm波段的PbSe和PbTe(PbTe探測器，有單晶型和多晶薄膜型兩種)。單晶型光電導探測器，早期以銻化銦(InSb)為主，只能探測7

48、微米以下的紅外輻射，后來發(fā)展了響應(yīng)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。,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，這就要

49、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(yīng)。利用光伏效應(yīng)制成的紅外探測器稱為光伏探測器(簡稱PV器件)。,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

50、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(yīng)。利用光磁電效應(yīng)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,(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溫條件下才具有優(yōu)良的性能。工作十1—3微米波段的PbS探測器主要在室溫下工作，但適當降低工作溫度，性能會相應(yīng)提高，在于冰溫度下工作性能最好。(2)熱探測器對各種波長的紅外輻射均有響應(yīng)，是無選擇性探測器；光子探測器只對

51、短于或等于截止波長入的紅外輻射才有響應(yīng)，是有選擇性的探測器。(3)熱探測器的響應(yīng)率比光子探酗器的響應(yīng)率低1—2個數(shù)量級，響應(yīng)時間比光于探測器的長得多。,液晶,液晶現(xiàn)象是1888年奧地利植物學家萊尼茨爾（F. Reinitzer）在研究膽甾醇苯甲酯時首先觀察到的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)，當該化合物被加熱時，在145℃和179℃時有兩個敏銳的“熔點”。在145℃時，晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鞚岬母飨虍愋缘囊后w，繼續(xù)加熱至179℃時，體系又進一步轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯母飨蛲?/p>

52、的液體。,研究發(fā)現(xiàn)，處于145℃和179℃之間的液體部分保留了晶體物質(zhì)分子的有序排列，因此被稱為“流動的晶體”、“結(jié)晶的液體”。1889年，德國科學家將處于這種狀態(tài)的物質(zhì)命名為“液晶”（liquid crystals，LC）。研究表明，液晶是介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種熱力學穩(wěn)定的相態(tài)，它既具有晶態(tài)的各向異性，又具有液態(tài)的流動性。,液晶的應(yīng)用,液晶在日常生活上，常見于電視、電腦顯示器、攝像機、溫度計、光開關(guān)與電子表上。應(yīng)用后，具有厚度小、耗