荧光探针聚合物微凝胶及聚合物太阳能电池材料

【摘要】： 本论文主要由两部分构成，其中第一部分为“一种带有新型荧光探针的环境敏感性微凝胶的合成与表征”，第二部分叙述了“一系列共轭聚合物太阳能电池材料的合成与表征”。 (1)荧光探针法以其灵敏度高、时间响应范围宽、非破坏性等特点在科学研究中得到广泛的关注，本论文以荧光探针法对环境敏感性高分子凝胶的相行为进行了研究。 首先通过能发射荧光的硫酸原黄素和带有双键的丙烯酰氯反应得到一种新型的荧光探针分子methacrylamide proflavine(MAPF)；利用无皂乳液聚合的方法合成了带有荧光探针分子MAPF的温度敏感性高分子微凝胶Poly(MAPF-co-NIPAM-co-MBAAm)(PMN)和pH值、温度双敏性高分子微凝胶Poly(AA-co-MAPF-co-NIPAM-co-MBAAm)(PAMN)，并采用红外光谱(IR)，核磁共振谱(~1H-NMR)，紫外-可见光谱(UV-Vis)，扫描电子显微镜(SEM)等表征手段对单体MAPF和聚合物凝胶PMN、PAMN的结构分别进行了表征。 然后利用以共价键形式结合到环境敏感性微凝胶上的荧光探针MAPF来研究微凝胶水溶液的性质并对其进行荧光光谱分析。考察了不同温度下带有荧光探针的PMN的荧光强度，发现随着温度的升高，其荧光强度呈现出先基本不变然后骤降最后又趋于平稳的过程，明确指示出了聚合物凝胶的最低临界溶胀温度(lower critical swelling temperature，LCST)，而且其最大荧光发射波长λ_(em)~(max)随着温度的升高，向长波长方向移动。同时通过荧光强度的变化研究了具有温度和pH值敏感性的凝胶PAMN，发现其在pH值为3时荧光性质不仅随着温度的变化发生了一个荧光强度先基本保持不变然后骤升最后又趋于平稳的过程，并且其荧光强度也随着pH值的变化而变化，反映了体系中高分子凝胶的构象随pH值发生了变化。因此通过检测探针的荧光强度变化可对环境敏感性高分子微凝胶周围微环境的改变及其相行为进行研究。 (2)除此之外，本文还介绍了近年来有机太阳能电池的研究背景，对其主要特点、工作原理、性能参数、电池结构及发展前景做了简要的综述。在聚合物太阳能电池材料合成中，得到了包括咔唑类、噻吩类、三苯胺类3个系列共13种聚合物，并运用核磁共振谱(~1H-NMR)、熔点测试、红外光谱(IR)、紫外—可见吸收光谱(UV-Vis)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重分析(TG)、荧光光谱(FL)对所得聚合物的化学结构、分子量、热性能和光性能进行了表征。 在以咔唑为主链的共轭聚合物PCaV、PBC、PBT和PBF(化学结构式见Scheme 2-2)中，用UV-Vis吸收光谱确定了各个聚合物的带隙，其中PBT的带隙最小，PCaV的最大荧光发射波长最长，PBT的荧光量子效率最高，PCaV的分子量最高，PBC的热稳定性最好；在噻吩类聚合物PTO、PTM和PTP(化学结构式见Scheme 2-4)中，PTP和PTM的带隙最小，PTP的荧光最大发射波长最长；在三苯胺类聚合物PNB、PNT、PNF、PNP、PNM和PNO(化学结构式见Scheme 2-6)中，PNP的带隙最小，PNP的荧光最大发射波长最长，PNB的荧光量子效率最高，PNP的分子量最大，PNB的热稳定性最好。 最后，我们选用三苯胺类聚合物PNB制作了单层光伏器件，研究了PNB器件的电流密度—电压特性曲线，得到其开路电压为0.3 V、短路电流密度为0.765μA／cm~2、填充因子为0.21，表明其具有一定的光伏特性。 【关键词】：环境敏感性水凝胶 荧光探针 有机太阳能电池 光伏效应
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第一部分 一种带有新型荧光探针的环境第敏感微凝胶的合成与表征10-37
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 敏感性水凝胶的发展10-11
• 1.2 敏感性水凝胶的应用11-15
• 1.2.1 化学膜和化学阀11
• 1.2.2 调光材料11-13
• 1.2.3 化学机械器件13
• 1.2.4 组织培养13-14
• 1.2.5 药物控制释放14-15
• 1.3 温度敏感性水凝胶15-16
• 1.4 聚 N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)型微乳胶的合成16-17
• 1.5 聚 N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)相转变的研究方法17-23
• 1.5.1 相转变的机理17-18
• 1.5.2 相转变的研究方法18-23
• 1.5.2.1 浊点法18
• 1.5.2.2 示差扫描量热法18-19
• 1.5.2.3 光散射法19
• 1.5.2.4 荧光探针法19-23
• (1) 研究背景19
• (2) 荧光分析的方法19-20
• (3) 荧光探针法的特点20
• (4) 荧光探针法的原理20-23
• 第二章 实验部分23-28
• 2.1 引言23-24
• 2.1.1 荧光探针分子测量相转变的原理23
• 2.1.2 荧光探针的设计与合成23-24
• 2.2 所用试剂和仪器24-25
• 2.2.1 所用试剂24-25
• 2.2.2 合成过程中所用原料的化学结构式25
• 2.2.3 实验仪器设备25
• 2.3 合成过程25-28
• 2.3.1 单体 MAPF的合成25-26
• 2.3.2 聚合物凝胶的合成26-28
• 2.3.2.1 聚合物 PN的合成26
• 2.3.2.2 聚合物 PMN的合成26-27
• 2.3.2.3 聚合物 PAMN的合成27-28
• 第三章 结果与讨论28-36
• 3.1 荧光单体和聚合物凝胶的结构表征28-30
• 3.1.1 单体MAPF的核磁谱图28
• 3.1.2 单体 MAPF与 Proflavine的红外谱图28-29
• 3.1.3 单体 MAPF的紫外-可见(UV-Vis)谱图29
• 3.1.4 聚合物 PMN和 PAMN的紫外谱图29-30
• 3.1.5 聚合物 PMN的扫描电镜(SEM)图30
• 3.2 荧光光谱分析30-35
• 3.2.1 pH值对单体MAPF和聚合物凝胶荧光性质的影响30-34
• 3.2.1.1 pH值对单体 MAPF荧光性质的影响30-32
• 3.2.1.2 pH值对 PN和 MAPF物理共混物荧光性质的影响32
• 3.2.1.3 pH值对 PMN荧光性质的影响32-33
• 3.2.1.4 pH值对 PAMN荧光性质的影响33-34
• 3.2.2 温度对聚合物凝胶荧光性质的影响34-35
• 3.2.2.1 温度对 PMN荧光性质的影响34-35
• 3.2.2.2 温度对 PAMN荧光性质的影响35
• 3.3 小结35-36
• 第四章 结论36-37
• 第二部分 一种共轭聚合物太阳能电池材料的合成与表征37-43
• 第一章 引言37-38
• 第二章 实验部分38-43
• 2.1 咔唑类聚合物的合成及表征38-39
• 2.2 噻吩类聚合物的合成及表征39-40
• 2.3 三苯胺类聚合物的合成及表征40-42
• 2.4 光伏器件的制备42-43
• 参考文献43-47
• 攻读硕士期间发表的论文47-49
• 致谢49

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