共轭聚合物光电材料设计
材料化学专业科研训练
题目:共轭聚合物光电材料设计班级:材化12-3
姓名:丁泽
指导教师:杨照地
哈尔滨理工大学化学与环境工程学院
2014年12月31日
摘要
共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系，具有独特的光、电、电化学等性质，由于共轭聚合物结构( 链段、构象、聚集态) 的复杂性，即使在非常精细的合成条件下，少量结构缺陷的形成也是难免的，本文在前人的基础上设计了在PPV共轭聚合物主链及侧链上添加各种基团或原子后的改性情况。共轭聚合物，特别在其固态状态下激发能量能够有效传递，使得少量缺陷的影响被放大，对其光电性质产生巨大影响。因此对共轭聚合物结构缺陷的研究，包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析、缺陷的分子结构与电子结构特征等，对于高品质材料的研发具有重要的意义。
关键词共轭聚合物，PPV，光电材料，合成改性，修饰改性
目录
摘要...................................................................................................................... I 第1章绪论.. (1)
1.1 共轭聚合物概述 (1)
1.1.1 共轭聚合物的分类 (4)
第2章PPV类共轭聚合物 (5)
2.1 PPV类共轭聚合物简介 (5)
2.2 共轭聚合物的缺陷 (6)
2.2.1 PPV 的四面体缺陷 (8)
2.2.2 PPV的氧化缺陷 (9)
2.2.3 顺式缺陷 (10)
第3章PPV共轭聚合物的改性研究 (13)
3.1 PPV类聚合物的结构修饰 (13)
3.1.1 侧链修饰 (14)
3.1.2 主链修饰 (18)
总结 (20)
参考文献 (21)
第1章绪论
1.1共轭聚合物概述
随着社会的发展，显示技术目前已经成为无论是信息化还是人们日常生活都离不开的高科技领域。阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、无机LED、等离子体显示(PDP)和荧光管显示(VFD)等显示技术都在不断的被改进和完善，以适应社会和市场的要求。
CRT显象管技术是目前历史最悠久、技术最成熟、市场份额最大的一项显示技术，但是由于它体积大、电压高、功耗大、质量大以及难于制备出大面积显示器，所以越来越不能满足显示领域的要求。
目前应用较为广泛的液晶显示器(LCD)具有技术成熟、体积小(平板化)、色彩艳、市场份额较大等优点，但是它的视角小、反应速度慢、难以制备大面积器件。而且由于工作条件要求高、抗震性差、功耗较高，其分辨率的提高是以牺牲对比度为代价来实现的，因此具有很大的局限性。
等离子体显示技术是近年来发展起来的另一种平板显示技术，它具有体积小、视角大、技术较为成熟和易制备大尺寸显示器等特点，但是它的功耗大、电压高，难以制成高清晰的显示器，这决定了等离子体显示技术只能在大面积显示领域有发展前途。
无机薄膜电致发光作为新型平板显示技术，具有全固体化、体积小、抗震、分辨率高、视角大、寿命长、对工作环境的要求低、可制备各种尺寸的显示器件等特点，缺点是蓝色发光亮度低、难以实现彩色显示、器件制备工艺复杂、生产成品率低和成本高等。
有机薄膜电致发光(OLED)是近年来发展迅速并且具有巨大应用前景的新型平板显示技术，按材料的分子结构和化学性质可以分为有机小分子材
有机小分子发光材料的优点是：材料易提纯、亮度高、发光效率高和易蒸镀成膜，缺点是热稳定性差且易结晶。
聚合物光电材料的优点是:具有良好的热稳定性、优异的成膜性和较好的机械强度，但材料合成复杂，提纯困难，难制成多层器件。其中聚对苯撑乙烯撑PPV [poly(1,4-phenylenevinylene)]以分子结构易于修饰、合成路线多、发光效率高、热稳定性好而成为最有发展前途的一类发光聚合物。
概括起来，有机电致发光显示器具有以下优点；
(1)可实现红、绿、蓝多色显示；
(2)具有面光源共同的特点，亮度达200cd/m3；
(3)不需要背光源，可使器件小型化；
(4)驱动电压较低（直流10V左右），节省能源；
(5)器件厚度薄，附加电路简单，可用于超小型便携式显示装置；
(6)响应速度快，是液晶显示器(LCD)的1000倍；
(7)器件的象元数为320个，显示精度超过液晶显示器的5倍；
(8)可制作在柔软的衬底上，器件可弯曲、折叠。
PPV类高分子是典型的空穴传输型发光材料，空穴的传输速度远远大于电子。PPV类共扼高分子的发光是分子从基态被能量激发到激发态，再由激发态回到基态产生的辐射跃迁过程。由于聚合物具有偶数电子，基态时电子成对存在于各分子轨道，根据Pauli不相容原理，同一轨道上的两个电子自旋相反，所以分子中总的电子自旋为零(S)，这个分子所处的电子能态为单重态(2S+1=0)。当分子中的一个电子吸收能量被激发时，通常它的自旋不变，则激发态是单重态；如果激发过程中电子发生自旋反转，则激发态为三重态（三重态的能量低于单重态）。当分子在电场(或光能)激发下被激发到激发单重态(S)，经振动能级弛豫到最低激发单重态(S1)，最后
最后产生Tl-So的电子跃迁，此时辐射出磷光。由于PPV类共扼高分子的EL发光光谱和PL发光光谱极其相似，表明二者具有相同的激发态，即主要通过单重态激发而发出荧光。[1]
图1-1 PPV共扼高分子的辐射跃迁过程
共轭聚合物是主链上有大离域π键的一类聚合物，其主链是由C-C单键和双键或三键交替连接而成。在共扼聚合物中，离域兀键的存在使得聚合物从通常的绝缘体变为了半导体甚至是导体，形成长程的7L电子共扼体系，并通常具有荧光发光性质和导电性。正是由于共轭聚合物的结构中存在着π电子共轭体系这样的特殊结构，因而具有许多优异的光电性能，如良好的非线性光学性质、半导体特性以及掺杂态的金属导电性等。同时共轭聚合物还具备了聚合物所特有的良好加工性能和力学性能，可广泛应用于薄膜材料、太阳能转换材料、层压材料、特种胶粘剂、抗静电材料、导电材料以及涂料等领域。近几十年来，共轭聚合物作为一种功能高分子材料受到了全世界科学家们的广泛关注。各种各样的新型共轭聚合物被陆续设计和合成出来，这些新型的聚合物具有高的发光效率和电荷输送能力，被应用到与人们日常生活相关的各个领域。共轭聚合物独特的电学和光学性能及其作为高分子材料的特点，决定了共轭聚合物广泛的应用前景，也推动了共轭聚合物材料突飞猛进的发展。
共轭聚合物一般可分为两大类：常规的共轭聚合物和共轭聚电解质。常规的共轭聚合物按照主链结构进行划分主要有以下几种：聚乙炔(Polyaeetylene,PA)；聚噻吩(Polythiophene,PT)；聚吡咯(Polypyrrole,PPy)；聚苯胺(polyaniline,PANI)；聚苯撑(Polyparaphenylene,PPP)；聚苯撑乙烯撑(Polyphenylenevinylene,PPV)；聚苯乙炔(Polyphenyleneethynylene,PPE)；聚芴(Polynuorene,PF)等。共轭聚电解质主要指的是在上述的常规共轭聚合物分子的主链上引入挂接离子基团的侧链。包括阴离子聚电解质、阳离子聚电解质以及双离子型聚电解质等。
第2章PPV类共轭聚合物
2.1PPV类共轭聚合物简介
聚对苯乙烯撑[PPV,poly(para-phe-nylene vinylene)]是苯与乙炔的交替共聚物，1990年英国剑桥大学J.H.Burroughes等[2]首次报道了用PPV薄膜制备的黄绿色的发光器件，从此揭开了聚合物电致发光材料研究和器件制备的新篇章。近十几年来，人们对PPV类聚合物进行了深入研究，通过合成设计可以得到各种结构的聚合物，实现蓝光到红光的发射，这对全彩色的聚合物电致发光器件(PLED)有重要的意义，因此PPV类的聚合物被认为是光电性、溶解加工性、应用性兼备的高分子品种。目前对于PPV类聚合物的研究主要集中于以下两方面：利用各种取代基对PPV的侧链进行修饰；通过共聚的方法改变主链的结构。
PPV及其衍生物是目前研究最深入、最广泛的一类共轭高分子材料，也是最早应用于电致发光器件的一类材料，聚对苯撑乙烯(PPV)是一种由苯环和乙烯交替连接的具有大线性共轭结构的聚合物。其重复单元由具有sp2杂化和π键的原子组成，PPV及其衍生物分子结构见图1-1所示[3]。由于PPV本身的可改造性以及其能够形成高质量的薄膜，因而受到学界人士的亲睐，被认为是最具商业价值的聚合物半导体材料之一。目前对PPV类衍生物的研究主要集中在以下几个方面：侧链修饰、主链修饰、以及与其它材料共混。这些手段的主要目的是提高此类高分子材料的在有机溶剂中的溶解性，提高材料的荧光效率、电致发光(EL)及光致发光(PL)效率。
图1-1 (a)PPV的基本结构式；(b)、(c)PPV类衍生物的结构式近年来，人们对共轭聚合物的研究兴趣不断加强，研究内容和深度得到了很快的拓展。PPV侧链可引入不同结构和长度的官能团，官能团的电子效应和共轭效应能够改变其能隙、光谱吸收特征及溶解性等性能。进一步的研究已经表明：引入吸电子基或片段（如氟原子、氰基、硝基、杂环等）可以调节HOMO与LOMO能级，改善其电荷传输能力，调控发光颜色，提高发光效率,进而改善电致发光材料的性能。
2.2共轭聚合物的缺陷
共轭聚合物具有独特的光、电、电化学等性质，已引起学术界和工业界的关注，过去的二十多年，对共轭聚合物的化学、物理、加工与应用进行了大量的研究，共轭聚合物的一些基本问题已经有了较深入的认识，共轭聚合物的具有本征半导体的特征，它们的电子结构、光及电学性质由共轭的骨架结构和侧链结构决定，可以通过化学的方法方便地调控。共轭聚合物的溶液涂覆成膜工艺适合大面积薄膜生长、喷墨打印技术的利用实现了图案化的薄膜生长，半导体共轭聚合物在传统无机半导体器件显示应用潜力，这包括：发光二极管、固体光泵浦激光、光伏电池、图象传感、场效应晶体管等，它们独特的性质向人们展示了塑料电子学的应用前景，我国的共轭聚合物研究从20世纪70年代开始，与国际上研究同步开展，取得了一系列重要的进展和创新成果，形成了几个有特色的研究基地，具备
要加强基础研究和对材料本质规律认识的研究，以发光共轭聚合物为例，国内的材料水平与国外特别是国外的化学公司比较，仍存在一定的差距，主要是在稳定性方面，当今聚合物发光二极管( PLED)已进入产业化的前夜，能否开发出具有自主知识产权、实用化、高稳定的材料是对我国科技界的一个考验。
共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系，即使在非常精细的合成条件下，少量的结构缺陷也是难免的，这些结构缺陷，可能作为电子或空穴的势阱影响材料的载流子迁移性质：也可能作为激发能量的捕获中心影响材料的发光性质：更重要的影响，缺陷可能是聚合物降解的诱导中心，影响材料的长期稳定性，而且由于不同有效共轭长度之间的能量传递，少量的缺陷在共轭聚合物中可能被放大很多倍，这一现象在薄膜中更加突出，因此对共轭聚合物结构缺陷的研究，包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析方法、缺陷的分子结构与电子结构特征等，对于高品质材料的研发具有重要的意义。这方面国内外针对不同的材料体系均已开展一些研究，积累了一些数据，但是总体上对缺陷的认识上还不够全面和深入，与相对比较完备的无机半导体、缺陷工程、的研究水准比较还有较大差距。当然有机体系有其自身多样性和复杂性的特点，不同材料体系的缺陷特征差异较大，因此完整的共轭聚合物、缺陷工程、的建立与发展，从目前的研究水平上看还需要进一步的数据累积。缺陷对共轭聚合物材料性质影响的本质、如何控制缺陷结构的生成与转化、如何利用缺陷结构去实现一些特殊的性质与功能，这些都是需要认真研究的问题。
通常共轭聚合物中的缺陷主要有3种形式：(1)杂质缺陷，例如残余的催化剂；(2)结构缺陷，例如聚对亚苯基乙烯基( PPV)体系的顺式缺陷、四面体缺陷；聚芴( PF)体系的酮式缺陷，聚合物的端基等；(3)聚集缺陷，例
[4]
PPV及衍生物是目前报道器件寿命最长的聚合物，最具应用前景，但是器件寿命还需提高以满足应用需求，已有共识提高其器件寿命关键因素是聚合物纯度，特别是聚合物结构缺陷的控制。
影响PPV类材料器件寿命的结构缺陷主要源于主链结构中的亚乙烯基双键，涉及双键的氧化、合成过程中的双键不完全形成（所谓四面体缺陷）、双键的顺反异构等，这些缺陷结构的生成与合成过程有关、同时与材料的保存及使用过程的的一些化学与电化学反应有关。
2.2.1PPV 的四面体缺陷
目前，PPV类聚合物的合成有几种比较成熟的合成路线: Gilch 方法、Wessling路线、Wittig反应、Heck反应和Suzuki反应等方法，这些方法中Gilch方法最为简单，产物具有比较高的分子量，是PPV类聚合物最重要的合成方法，Gilch反应的机理目前还不是非常明确，大体上有负离子聚合和自由基聚合两种机理，但是无论哪种合成方法都会或多或少的出现这种四面体缺陷(如图2-1)，这些以单、三键结构代替双键结构的缺陷，严重影响了聚合物的主链的共轭性质，而又由于共轭聚合物的放大效应，这些结构缺陷被放大而对聚合物的物理、化学以及光学性质造成很大的影响。Becker和Gelan［5］最先发现和系统研究了PPV聚合物中的四面体缺陷，他们用Gilch方法合成了OC1C10PPV并分析了这种自由基聚合的机理，利用13C标记的方法，在聚合物的13CNMR光谱中发现了碳碳三键(δ= 31. 0)和碳碳单键(δ= 90. 4 )的信号，提供了缺陷结构与含量(大约5% )的明确信息。
图2-1 四面体缺陷机制
2.2.2PPV的氧化缺陷
当PPV类聚合物暴露在空气中时，双键的氧化是一个严重的问题，Miller研究发现PPV器件在空气中被紫外光辐照导致了淬灭荧光，这是由于PPV主链中的C=C双键被空气氧化成C=O双键的结果（如图2-2所示），进一步的实验提供了这种氧化缺陷影响PPV类聚合物荧光性质明确
的证据。[6]
图2-2 氧化缺陷机制
7
氧化对物性的影响，研究发现在空气环境下，用适量的可见光辐照PPV类聚合物器件，荧光光谱强度迅速减少，但是在氮气环境下却没有这种衰减，基本的化学过程与普通的光氧化过程是一致的，主要是C=O取代了C=C基团，并且打断了共轭性，C=O双键随着C=C振动模式消失而成比例增强。
1995年Kim等通过红外光谱和荧光光谱更明确的表征出了C=C双键被光氧化成C= OPPV薄膜的荧光强度，受辐照激光强度影响，其衰减成规律性变化，当用458nm的激光在空气环境下辐照时，在很短的时间内荧光强度就降到之前的30%，而在氮气保护下，PPV薄膜的荧光强度几乎没有变化，这说明氧气在此过程中起到了决定性作用，红外光谱提供了更多的PPV类聚合物光降解方面的信息，这种光氧化缺陷打断了PPV类聚合物的共轭性质，严重的影响了其器件寿命、荧光强度及量子效率。
2.2.3顺式缺陷
PPV发色团中的二亚苯基亚乙烯基双键可以采取顺反两种构型( 如图2-3)[8] ，两种构型还可以进行相互转换，研究发现双键构型对于聚合物材料的发光性质有重要的影响。对于PPV中顺式双键结构对光学性质的影响也有众多报道，由于顺式化合物经常表现出较弱的发光效率，因此顺式双键通常被认为是PPV中的荧光淬灭点—顺式缺陷，所以一直以来人们总是尽量减少PPV类化合物中的顺式双键，以取得较好的发光性质，而实际上顺式双键对发光性质的影响，始终没有明确的实验证据，这是因为顺式化合物具有扭曲的分子构型，其基态能量较反式化合物高，很难得到顺式化合物的纯品，严重地限制了人们深入研究顺式化合物的光电性能。
图2-3 顺式和反式结构的主要链的PPV
1995年Son和Galvin在Science发表论文指出，PPV主链中的顺式部分显著的增强聚合物的发光效率，然而，大部分报道则始终认为顺式的C=C部分由于低的发光效率而成为PPV聚合物的结构缺陷，这两种分歧的主要原因是在溶液中，C=C双键的顺反异构变化特别的容易，而这种异构现象与荧光过程竞争，消耗能量，导致了发光效率的降低，但是在薄膜中这种顺反异构过程被限制，顺式双键的影响减小，甚至存在增强发光的效应( Son的结果)，1999年Pang和Liao等利用Wittig与Wittig-Horner反应合成了具有不同顺式含量，不同发光颜色的PPV聚合物，明确指认了PPV的顺反构型及确定其含量，这对于研究PPV类聚合物的顺反双键结构对光电性质的影响提供了重要手段，我们对PPV中的顺式结构的形成、转化、以及基本的物理性质进行了较系统地研究，发现了顺式结构形成的取代基效应，并得到了全顺式结构的模型化学物，用于进一步的物性研。在cis-PPV化合物的溶液中几乎观察不到荧光（缺陷的特征），在其晶体形态中却呈现出强烈的荧光发射，这是一种新型的聚集诱导发光的体系。发现cis-PPV的光物理特征(如聚集诱导发光现象、大尺度的Stokes位移和无振动结构发射光谱等)与分子在基态和激发态下的高度扭曲结构有关。有人通过Wittig反应合成出顺式含量较高的聚合物DP-PPV，[9]DP-PPV在溶液中和薄膜下的荧光光谱几乎完全重合，这可能是其可旋转的构象导致的，同时DP-PPV的Stokes位移也达到131nm，一般来说，采用紫外辐照的方
将合成的DPO-PPV（其顺式含量高达87%），通过控制辐照时间，将其转化为一系列含有不同顺式含量的聚合物，比较这一系列聚合物的荧光量子效率发现在顺式含量多于75%的条件下，随着顺式含量降低，其效率明显下降；而当顺式含量达到75%后，这是由于当聚合物中顺式结构多于75%时，对荧光强度产生贡献的共轭单元主要是顺式部分，导致顺反式间的异构过程和荧光过程互相竞争，进而减弱荧光强度；随着顺式含量的继续降低，聚合物的构型更趋于平整，π-π*跃迁成为主导，从而导致荧光强度增强。这为今后研究PPV类聚合物的顺反异构过程及顺反异构造成的顺式缺陷作出很大贡献。
第3章PPV共轭聚合物的改性研究
3.1PPV类聚合物的结构修饰
未经修饰的PPV由于含有苯环的交替共轭结构，导致分子链刚性大，难溶，难熔，发光效率低的缺陷，光电效能发挥不是很好，不利光电器件的制备，从而使其应用受到很大的限制，为了改善以上缺陷，目前就PPV 类聚合物结构的修饰主要集中在以下几个方面：侧链修饰，主链修饰，物理改性等。
PPV高分子是典型的空穴传输型光电材料，空穴的传输速度远远大于电子。PPV类共扼高分子的发光是分子从基态被能量激发到激发态，再由激发态回到基态产生的辐射跃迁过程。由于聚合物具有偶数电子，基态时电子成对存在于各分子轨道，根据Pauli不相容原理，同一轨道上的两个电子自旋相反，所以分子中总的电子自旋为零(S)，这个分子所处的电子能态为单重态(2S+1=0)。当分子中的一个电子吸收能量被激发时，通常它的自旋不变，则激发态是单重态;如果激发过程中电子发生自旋反转，则激发态为三重态(三重态的能量低于单重态)。当分子在电场(或光能)激发下被激发到激发单重态(S)，经振动能级弛豫到最低激发单重态(S1），最后由S1回到基态So，此时产生荧光;或者经系间跨跃至最低激发三重态(Tl)，最后产生Tl-So的电子跃迁，此时辐射出磷光。由于PPV类共扼高分子的EL 发光光谱和PL发光光谱极其相似，表明二者具有相同的激发态，即主要通过单重态激发而发出荧光。[10]
一种理想的光电材料，除了要有较高的荧光量子效率，同时还应具有良好的载流子传输性能，只有这样才能具有较高的器件光电效率。作为P 型掺杂的半导体，光电材料PPV具有一定的空穴传输性能。但由于空穴迁移率较低，故只有在较高的电场下才能表现一定的传输性能，而通常的器
3.1.1侧链修饰
PPV类聚合物的电子传输能力比空穴传输能力弱，可以将其侧链引入长度、结构不同的取代基，根据引入基团的共轭效应"电子特性"空间位阻以及柔性程度从而改变PPV类聚合物的溶解性、能隙、光谱吸收特性等，电子亲和势的增强有助于平衡空穴、电子的注入，提高材料的光量子效率，因此侧基引入电子亲和势强的基团是常用途径（如图3-1）[11]。
图3-1 侧链引入强电子亲和势基团
烷氧基、烷硫基、烷基侧链取代的PPV衍生物可以降低材料的能隙，导致发光光谱红移，提高衍生物在有机溶剂中的溶解度，但是，这些供电基团的引入会影响电子共轭体系，改变PPV衍生物的电子亲和势、电离势、能隙等，一般情况下，在苯环2、5位上引入给电子基团会减小能隙，使发光波长红移[12]。
除在苯环上引入侧链外，反式乙烯基上也可以引入侧链对PPV进行结构修饰，Greenham等合成出了酞箐官能团和氰基同时取代的PPV聚合物，结构式见图3-2所示，在反式乙烯基的碳原子上引入一个氰基，氰基的引入使PPV材料的性能有所提高，使其具有优良的溶解性能，但此类PPV由于链间相互作用较强，容易形成非发光的激发态，导致电致发光效率降低。[13]
图3-2 酞箐官能团和氰基同时取代的PPV结构式侧链引入金属酞菁官能团（图3-3）增大了体系整体的共轭特性，烷基链的引入使其在有机溶剂中有很好的溶解性，化合物在主链中引入氰基，进一步增加了聚合物在有机溶剂中的溶解性，增强了主链的共轭特性，使荧光效率得到进一步提升，但氰基的引入如同聚合物，使链间相互作用较强，形成非发光的激发态，导致电致发光效率降低，侧链之间的相互作用是影响PPV材料吸收和发射光谱的主要因素。[14]
图3-3 酞菁官能团取代的PPV结构式
多数共轭聚合物具有良好的空穴传输性能，而电子亲和性较差。Friend等将吸电子的氰基引入到PPV的骨架上，得到可溶的PPV类衍生物CN-PPV[图3-4(1)]。腈基的引入不仅提高了聚合物的电子亲和能,而且降低了聚合物的能隙，实现了高效的红色发光。Greenha等以具有较高电子亲和能的CN-PPV为发光层,以PPV为空穴传输层制成了双层LEDs,量子效率高达4%。其后很多结构类似的红光聚合物被合成出来。其中最具代表性的含氰聚合物[图3-4(2)]，其拥有强的荧光,纯正红光器件的最大外量子效率(EQE)达到25%，最大亮度达到1000cd/m2。随着聚合物电子亲和能的增加,可以降低电子注入时的能垒。所以对聚合物进行适当的化学修饰,可以得到发光颜色和发光性能不同的电致发光(EL)材料。另一类氰代PPV 发光聚合物的形成中发色团由一些灵活的空间隔离开。
氰基的吸电子效应增加了π-π*的结合能,同时保持了相似的π-π*能隙。与MHE-PPV相比,循环伏安法测得的含氰聚合物的结合能增加为0.5eV，电致发光效率大约50%，然而PPV效率只27%。含氰基聚合物[图
(5.6ns)中比在溶液(0.9 ns)中有较长的发射寿命，这都很明显的表明了氰代PPV的发光源于二聚体或激发单体的链内激发。由于氰基有较高的电子亲和能,CN-PPV的链间距越小，基态原子发射概率越大(约是MEH-PPV的16~20倍)。基于含二烷氧取代噻吩和氰基乙烯撑形成一窄带隙PPV聚合物[图3-4(4)]在普通有机溶剂中都是可溶的，它可以与其他的供电子型的聚合物共混，也可以以PCBM为受体生产使用于光伏发电设备的薄膜。
图3-4 氰基取代的聚苯撑乙烯
PProDOT-Hx2 : CN-PPV可溶于四氢呋喃、氯仿、甲苯、二氯代甲苯,能有效吸收低能带光子，扩大光谱范围以最大捕获太阳光。基于ProDOT 衍生物的氰基乙烯撑聚合物由于是水溶性的超高分子聚合物引起了广大的关注。从电子角度看,这些聚合物有很多优点,包括空气稳定性、窄带隙、富电子结构，这些足以让它们作为供电子材料应用于在太阳能电池中。基于CN-ether-PPV[图3-4(5)]的双层器件在白光的照射下可以达到 1.34%的能量效率。器件参数上CN-ether-PPV厚层的细微变化都显示了受体材料上的优良传输性质。CN-PPV作为一种n型聚合物引起了很大的关注,适用
聚合物半导体产品及工艺概论
聚合物半导体产业概述 引言 半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。具有五大特性：掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度特性，整流特性。根据其半导体特性可分为四类产品：集成电路、光电子器件、分立器件和传感器。 聚合物半导体指具有半导体性质的聚合物，电导率在10-8～103(Ω*㎝)-1 范围内，禁带宽度与无机半导体的禁带宽度相当。聚合物半导体可用来制作发光二极管、场效应管等器件，其制备工艺简单、价格低廉、易成大面结，且便于分子设计，因而受到普遍重视。聚合物半导体发展十分迅速，并已开始步入实用阶段。但由于其稳定性较差，目前应用还受到一定限制。 20世纪70年代末，Heeger发现聚乙炔通过掺杂可实现金属量级的导率，打破了聚合物只能做电绝缘体的传统观念，引起了人们对于共轭聚合物材料的研究兴趣。大量的研究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电性能的导电聚合物，具有代表性的共轭聚合物有聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚对苯撑乙烯、聚对苯等。 至今，聚合物半导体材料的发展过程经历了3个主要阶段，以聚乙炔为代表的第1代聚合物半导体材料；以聚噻吩、聚亚苯基乙烯为代表的可溶液加工的第 2代聚合物半导体材料；以及近些年发展起来的给体-受体类第3代聚合物半导体材料。与传统的无机半导体材料相比，聚合物半导体材料具有质轻、价廉、可溶液加工和柔韧性好等优点，在低成本构筑、大面积、全柔性光电器件，例如有机场效应晶体管(OFET)、有机太阳能电池(OPV)、有机发光二极管(OLED)等方面显示了潜在的应用前景。 1.聚合物半导体研究与应用 1.1聚合物太阳能电池 目前开发的太阳能电池有硅太阳能电池、无机化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机小分子太阳能电池及聚合物太阳能电池。相比于其它种类太阳能电池，聚合物太阳能电池具有原料广、成本低、光伏材料可自行设计合成及可制备柔性器件等诸多有点，具有很大的潜力在新一代电子器件中实现应用，成为近年来国际上前沿科学的研究热点之一。 聚合物太阳能电池中，我们将P型材料称为给体材料（D），把N型材料称为受体材料（A）。与无机太阳能电池的工作原理相同，都是基于P-N结光伏打效应，但是光照射到聚合物电池材料时，光子被吸收后产生激子（电子-空穴对）而非直接产生载流子（自由电子或空穴）。激子扩散到D-A面后分离为自由电子和空穴，在内建电场的驱动下自由电子通过受体材料通道迁移至阳极，空穴通过给体材料通道迁移至阴极，从而产生光电流。
高分子结构和形态特点
1. 结构 高聚物是由许多巨大的分子构成的。这些大分子有许多重复的结构单元组成。某些高聚物的结构单元是完全一致的（均聚），但另一些则是由两种以上的结构单元混合组成（共聚），同时大分子之间又有各种联系。因此必须从微观、亚微观直到宏观不同的结构层次来描述高聚物分子结构、形态和聚集态等。 高聚物主要分为以下结构：一次结构（近程结构）、二次结构（远程结构）、三次结构（聚集态结构）和高次结构的层次。 一次结构式是指大分子的化学组成，均聚或共聚，大分子的相对分子量，链状分子的形状如直链、支化、交联。此外还包括大分子的立体构型如全同立构、间同立构、无规立构、顺式、反式的等的区别。 二次结构指的是单个大分子的形态（微观），如无规线团、折叠链、螺旋链等。 三次结构指的是具有不同二次结构的单个大分子聚集在一起形成的不同的聚集态结构。如：无规线团构成的线团胶团、缨束状结构、片晶和超螺旋结构。 高次结构指三次结构以及与其他物质构成尺寸更大的结构，如由折叠链形成的片晶构成球晶。 2.高聚物结构的测定方法 测定结构的方法有X射线衍射法（大角），电子衍射法、中心散射法、裂解色谱-质谱、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱、微波分析法、核磁共振法、顺磁共振法、荧光光谱、偶极矩法、旋光分光法、电子能谱等。 测定聚集态结构的方法有X射线小角散射、电子衍射法、电子显微镜、光学显微镜、原子力显微镜、固体小角激光光散射等。 测定结晶度的方法有X射线衍射法、电子衍射法、核磁共振吸收（宽线）、红外吸收光谱，密度法，热分析法。 3.高聚物分子运动（转变与松弛）的测定 了解高聚物多重转变与运动的各种方法，主要有四种类型：体积的变化、热力学性质及力学性质的变化和电磁效应。测定体积的变化包括膨胀计法、折射系数测定法等；测定热学性质的方法包括差热分析方法（DTA）和差式扫描量热法（DSC）等；测定力学性质的变化的方法包括热机械法、应力松弛法等；还有动态测量法如动态模量和内耗等；电磁效应包括测定介电松弛、核磁共振等。 4.高聚物性能的测定 高聚物的力学性能主要是测定材料的强度和模量以及变形。试验的方法有很多种，有拉伸、压缩、剪切、弯曲、冲击、蠕变、应力松弛等。静态力学性能试验机有静态万能材料试验机，专用应力松弛仪、蠕变仪、摆锤冲击机、落球冲击机等，动态力学试验机有动态万能材料试验机、动态粘弹谱仪、高低频疲劳试验机。 材料本体的粘流行为主要是测定粘度和切变速率的关系、剪应力与切变速率的关系等，采用的仪器有旋转粘度计、熔融指数测定仪、高压电击穿试验机等。 材料的电学性能主要有电阻、介电常数、介电损耗角正切、击穿电压，采用仪器有电阻计，电容电桥介电性能测定仪、高压电击穿试验机等。 材料的热性能，主要有导热系数、比热、热膨胀系数、耐热性、耐燃性、分解温度等。测定仪器有高低温导热系数测定仪、差示扫描量热仪、量热计、线膨胀和体膨胀测定仪、马丁耐热仪和维卡耐热仪、热失重仪、硅碳耐燃烧试验机等。
高分子聚合物改性概述
高分子聚合物改性概述 1概述 高分子聚合物作为20世纪发展起来的新材料，因其综合性能优越、成形工艺相对简便以及应用领域极其广泛，因而获得了较为快速的发展。 然而.高分子材料又有诸多需要克服的缺点。以塑料为例，有许多塑科品种性脆而不耐冲击，有些耐热性差而不能在高温下使用。还有一些新开发的耐高温聚合物又因为加工流动性差而难以成形。再以橡胶为例，提高强度、改善耐老化性能、改善耐油性等都是人们关注的问题，诸如此类的同题都要求对聚合物进行改性。用以强化或展现聚合物某些或某一特定性能为目标的工艺方法.通称为聚合物改性(poly-mermodification)。可以说，聚合物科学与工程这门学科就是在不断对聚合钧进行改性中发展起来的。聚合物改性使聚合物材料的性能大幅度提高，或者被赋予新的功能，进一步拓克了高分子聚合物的应用领域.大大提高了聚合物的工业应用价值。 聚合物的改性方法多种多样，总体上可划分为共混改性、填充改性及纤维增强复合改性、化学改性、表面改性及其他方法改性。 聚合物改性的目标如下。
1)功能性使某一聚合物具有特定的功能性，而成为功能高分子材料，如磁性高分子、导电高分子、含能高分子、医用高分子、高分子分离膜等。 2)高性能使聚合物的力学性能.如拉伸强度、弹性模量、抗蠕变、硬度和韧性等，获得全面或大部分提高。 3)耐久性使聚合物的某些性能，如耐热性、耐寒性、耐油性、耐药溶剂性、耐应力开裂性、耐气候性等，得到持久的提高或改善。而成为特种高分子材料。 4)加工性许多高性能聚合物，因其熔融温度高，熔体流动性差，难以成形加工，采用改性技术，可成功地解决这一难题。 5)经济性在不影响使用性能的前题下，采用较低廉的有机材料或无机材料，与聚合物共混或填充改性，可降低材料成本，增强产品竞争能力;另外采用共混或填充改性手段，还可提高某些一般聚合物的工程特性.如采用聚烯烃与PA、ABS、PC等共混，或玻璃纤维填充PA、PP、PC等就是典型的范例。 2共混改性 聚合物的共混改性的产生与发展，与冶金工业的发展颇有相似之处。尽管已经合成的裹台物达到了数千种之多，但能够有工业应用价值的只有几百种，而能够大规模工业生产的以及广泛应用的只有
金属配位聚合物的研究现状_武文
金属配位聚合物的研究现状 武 文 (安徽教育出版社,安徽 合肥 230063) [摘 要]叙述了国际、国内金属配位聚合物的研究现状及应用前景。[关键词]金属配合物;聚合物;研究现状 [中图分类号]065 [文献标识码]A [文章编号]1001-5116(2007)03-0090-03 1 引言 金属配位聚合物以其复杂多变的空间结构和电子结构以及由此产生的电、磁等物理化学性质、功能及多方面的应用前景引起了各国科学家的极大重视。因此,促进了物理、化学和材料科学三大学科之间的交叉和渗透,成为各国科学家研究的热点。 目前国外许多著名学得如法国的Lehn ,美国的Yaghi ,Zubieta 、德国的Muller 、意大利的Ciani 、澳洲的Robson 、日本的Fujita 和韩国的K im 等研究组开展了卓有成效的研究[1-5]。2 金属配位聚合物的研究 2001年,美国的Yaghi 教授报道的以苯环的1, 3和5位作为三角形的第二构筑板块,即以4,4’, 4”2笨21,3,52三2苯三甲酸(B TB )得到一个层状的开 放式结构Cu 3(B TB )2(H 2O )3?(DM F )9(H 2O )2就是一个非常典型的例子[5]。这个晶体结构是由一对完全一样的骨架构成的,每个B TB 基团连接 Cu (Ⅱ)离子形成“螺旋桨式”簇的图案。每个B TB 基团连接三个这样的簇,而每个簇连接四个B TB 基团(Fig 11A 2C ),这些三角形基团(表现在羧酸的苯环 中心上)在3168!距离(与强的π2 π堆积作用相一致)内取代,在0186!距离内允许交汇成两个亚单元(Fig 11D ) 。 Fig 11 Single 2crystal st ruct ure of Cu 3(B TB )2(H 2O )3(DM F )9(H 2O )2composed of (A )square paddle -wheel and t riangular B TB SBU s ,which assemble into (B and C )a pair of augmented Pt 3O 4net s t hat are held toget her by (D )numerous p -p and C 2Hzzzp interactions to yield (E )a pair of interwoven t hree 2dimension 2al porous f rameworks 1(F )Two MOF 214f rameworks interwoven about a p -minimal surface wit hout inter 2secting t he surface 1 [收稿日期]2007-01-10 [作者简介]武文,理学硕士,安徽教育出版社副编审。 在两个苯环相到占有紧密连接在一起的B TB 基团间有六个C 2H 的π堆积作用(3169!)。在这个化合物中,两个不连续的网络在(1/2,1/2,1/2)替代另一个,也独立于双曲线表面。尽管在双曲线表面上的两个网络是分离的,但一个网络的环由于相到贯穿而有效连接另外一个(Fig.1.E ),交叉作用有效地加强了体积庞大的B TB 基团,独立的维持刚性不是很强的开放式骨架结构。该物质的一对骨架的交织贯穿占据含有很大空腔的晶体的可利用空间,球的每个空腔的直径为1614!。又如2003年,Yaghi 等人在Science 杂志上发表的“Hydrogen Storage in 92007年5月第25卷第3期 安徽教育学院学报Journal of Anhui Institute of Education May.2007 Vol.25No.3
金属有机骨架材料(MOFs)简介
金属—有机骨架（MOFs）材料代表了一类杂合的有机—无机超分子材料，是通过 有机桥联配体和无机的金属离子的结合构成的有序网络结构。MOFs 呈现出目前最高的 比表面积，最低的晶体密度以及可调节的孔尺寸和功能结构，使 MOFs 可以实现一些特 殊的应用，包括气体的存储和分离，催化以及药物缓释等。通过在有机配体中引入功能 基团或者利用 MOFs 作为主体环境引入活性组分，合成功能化的 MOFs 材料，可以大大 拓宽其应用范围。-华南理工-袁碧贞 金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks MOFs）材料是利用含氧、氮等多齿有机 配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的一种类沸石材料 [1]。—华南理工-袁碧贞 MoF材料是由含氧!氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸和多碱)与过渡金 属离子自组装而成的配位聚合物,是一种比表面积大!孔隙率高!热稳定性好! 构型多样化的类沸石材料[22一],其发展历程大致可以分为三代12.]"如图1一1所示" 最早的MoF材料是由Kattagawa/J!组在20世纪90年代中期合成的,但其合成的材 料在客体分子去除后,骨架坍塌,晶体结构遭到破坏,未形成永久性的孔隙率" 这也是第一代MOF材料"随后科学家们开始研究新型的阳离子!阴离子以及中 性的有机配体链接形成的配位聚合物"第二代材料在客体分子移走后能够留下空 位形成永久性的孔隙率"MOF材料在受到压力!光!化学刺激或者除去溶剂分 子时,材料骨架的形状会发生变化,这就是第三代MOF材料"含有梭基的阴离 子配体和金属离子链接构成的MOF材料属于我们所说的第二代MOF材料,然而 含有氮杂环的有机中性配体构建的MOF材料属于我们所说的第三代MOF。——北化-安晓辉金属-有机骨架 ( metal-organic frameworks， MOFs) 材料是由金属离子与有机配体通过自组装过 程杂化生成的一类具有周期性多维网状结构的多孔 晶体材料，具有纳米级的骨架型规整的孔道结构，大 的比表面积和孔隙率以及小的固体密度，在吸附、分 离、催化等方面均表现出了优异的性能，已成为新材 料领域的研究热点与前沿。MOFs 材料的出现可以 追溯到 1989 年以 Robson 和 Hoskins 为主要代表的 工作，他们通过 4，4'，4″，4-四氰基苯基甲烷和正 一价铜盐［Cu( CH 3 CN) 4 ］·BF 4 在硝基甲烷中反应， 制备出了具有类似金刚石结构的三维网状配位聚合 物 ［1］ ，同时预测了该材料可能产生出比沸石分子筛 更大的孔道和空穴，从此开始了 MOFs 材料的研究 热潮。但早期合成的 MOFs 材料的骨架和孔结构不 够稳定，容易变形。直到 1995 年 Yaghi 等合成出了 具有稳定孔结构的 MOFs
高分子材料结构特点及形成原因
高分子材料的结构特点及形成原因 刘海翔 103511072 摘要：简单综述了高分子材料的结构特点，包括高分子链结构、晶体结构和微区结构等，同时简要阐述这些结构特点是如何形成的。 关键字：高分子材料；结构特点 高分子材料也称为聚合物材料，它是以聚合物为基体组分的材料，除基本组分聚合物之外，为获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，一般还有各种添加剂。高分子材料之所以成为聚合物材料是由于高分子材料一般是由大量小分子化合物在一定条件下发生聚合反应，当聚合分子量达到一定值时，聚合物的性质显著改变，从而具备单独小分子化合物不可能具有的特殊性质。因此，高分子材料目前已被广泛应用于各个领域。 影响物质性能的因素有很多，其中最重要的是化学组成和结构特点。很显然，由不同的小分子聚合而成的聚合物具有不同的结构和性质。对高分子材料而言，决定其性质的主要是其结构特点，原因是高分子材料由无数小分子通过一定的形式结合在一起的过程中有多种结合方式，而不同的结合方式势必会影响到材料的性质。大多数高分子材料均具有以下结构特点：高分子材料的链结构，高分子链通常由103到105个结构单元构成；由于高分子链聚集形态的不同导致高分子材料不同的晶体结构；由于各种添加剂的加入，会使得高分子材料的局部结构发生改变，类似于普通晶体的掺杂特性。 高分子的链结构 高分子链结构是指单个高分子化合物分子的结构，链结构主要包括高分子链的组成与结构和高分子链的分子量与构象。高分子链的组成是由聚合单体决定的，通常对某一种高分子材料而言，单体的组成并不是研究的主要对象。即使高分子链具有相同的组成，材料的性能也可能不同，这可能与高分子链的形态有关。图１展示了常见的分子链形态。
高聚物的电学性能
高聚物的电学性能 一、几个基本概念 1、高聚物的介电性：高聚物在外电场作用下由于分子极化将引起电能的贮存和损耗，这种性能称为介电性，通常用介电常数和介电损耗来表示。 2、分子的极化：在外电场作用下，电介质分子或者其中某些基团中电荷分布发生的相应变化称为极化，包括电子极化、原子极化、取向极化、界面极化。 3、介电常数（介电系数）：定义含有电介质的电容器的电容与相应真空电容器的电容之比为该电容器的介电常数e。e是衡量电介质极化程度的宏观物理量，它可以表征电介质贮存电能的能力。 4、介电损耗：在交变电场中电介质消耗一部分能量而发热的现象称为介电损耗。高聚物的介电损耗可分为电导损耗和偶极损耗，其中前者是非极性高聚物介电损耗的主要部分；后者是极性高聚物介电损耗的主要部分. 5、介电击穿：在强电场中（107~108V/m),随着电压的升高，高聚物的电绝缘性能会逐渐下降，电压升高到一定数值时，高聚物中因有很大的电流通过而完全失去了绝缘性质，大量电能迅速释放，有时甚至伴随着物理破坏（如材料局部烧毁等），这些现象统称为介电击穿。 一、高聚物的导电特点 1、材料导电原理： 2、载流子：电子、空穴、正负离子 3、材料的导电性与载流子的多少及其运动速度有关 4、材料导电性的表示方法：电阻率(体积电阻率与表面电阻率）或电导率 5、大多数高聚物导电性很低，属绝缘体，有部分高聚物具有半导体、导体的导电率 聚合物的导电机理：导电载流子可以是电子、空穴、正负离子；无共轭双键的非极性高聚物主要是离子导电共轭聚合物、聚合物的电荷转移聚合物、聚合物的自由其-离子化合物和有机金属聚合物具有强的电子电导（表现为半导体或导体）。 二、表面电阻率和体积电阻率 1、表面电阻率Rs：表征高聚物表面的导电性，规定为单位正方形表面上两刀形电极之间的电阻，单位为欧姆 2、体积电阻率Rv:表征高聚物体内导电性，是体积电流方向的直流场强与该处体积电流密度之比，单位为欧姆*米
金属有机膦酸配位聚合物的合成及性质
金属有机膦酸配位聚合物的合成、表征及晶体结构研究 中文摘要 金属有机膦酸配位聚合物因其结构上的多样性以及在离子交换、嵌入材料、吸附材料、质子导电材料和催化材料等领域具有潜在的应用前景，己引起人们的广泛关注。本文主要介绍了利用低温水热合成技术，以具有手性结构特征的功能性有机膦酸RP03H2为构筑单元(R为手性或非手性功能性有机基团，结构中含有一oH，一NH2或一cOOH等功能性基团中的一种或几种)，通过直接反应法或引入模板剂法成功地合成的未见文献报道的新型金属有机膦酸配位聚合物的晶体材料，并利用x一射线单晶衍射、IR光谱和TG、DTA 分析对所合成材料的晶体结构及骨架热稳定性进行的研究。 关键饲 金属有机膦酸，配位聚合物，水热合成，杂化材料，晶体结构 前言 材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础，材料的发展水平直接反映了社会的生产力水平。新型材料的发展和创新对经济、科技、国防以及综合国力的增强都具有特殊重要的作用，其研究、开发和利用能力也是一个国家科技进步和经济发展的重要标志之一。随着科学技术的发展，人们对材料提出了越来越多、新的要求。能够在设计的基础上有目的的合成指定性能的材料一直是材料科学家们的不懈追求。金属有机膦酸配位聚合物由于其在结构上与相应的无机磷酸盐相似，具有孔道及较大的比表面积，它们可以作为分子吸附剂，从而可以对进入孔道的客体分子进行识别或者为客体分子提供反应环境，已引起了人们的极大兴趣。 1．金属有机膦酸配位聚合物简介 金属有机膦酸配位聚合物作为一类新型的有机一无机杂化材料，由于其结构上的多样性以及它们在离子交换材料、嵌入材料、吸附材料、质子导电材料和催化材料等材料科学领域中具有潜在的应用前景，已引起世界各国科学家的广泛关注。金属有机膦酸配位聚合物由于其在结构上与相应的无机磷酸盐相似，具有规则孔道结构及较大的比表面积，它们可以作为分子吸附剂，从而可以对进入孔道的客体分子进行识别或者为客体分子提供反应环境。在过去的二十年中，金属有机膦酸配位聚合物在合成和结构方面的研究已得到迅速发展，并已取得许多重要的研究成果．晶体结构也己扶一维链状拓展到二维层状和三维空旷骨架结构。最近。具有沸石型结构和手性结构特征的化合物也披合成出来，并通过x-射线单晶衍射对它们的晶体结构进行了深入研究。结构和性质研究表明，该类化合物在多相不对称催化合成反应中可能具有潜在的应用前景。这些研究成果的取得，极大地刺激了人们在该领域的研究热情。近年来人们已经认识到，如能将功能性有机活性基团引入到金属有机膦酸配位聚合物的骨架结构中，将会使所合成的材料能够表现出某种选择性吸附功能、催化功能或手性识别功能。这些新型金属有机膦酸配位聚合物材料的成功合成，不仅进一步丰富了该类化合物的结构，同时这些材料将可能表现出某种功能，从而为金属有机膦酸配位聚合物的应用研究提供新的思路。 2.实验总述 2．1化合物合成方法 本论文中所述金属膦酸配位聚合物的合成均采用水热合成方法。首先制各初始凝胶，将初始凝胶转移至不锈钢反应釜中，密封后放入恒温干燥箱中，在一定晶化温度和自生压力下晶化一定时间，得到的产物冷却后经去离子水洗涤，烘干后即得金属有机麟酸配位聚台物的单晶。 2.2制备原理 水热合成是一类处于常规溶液合成技术和固相合成技术之间的温度区域的反应，它是目前多数无机功能材料、特种组成与结构的无机化合物以及特种凝聚态材料的重要合成途径。近来被用于合成各种各样的配位聚合物晶体材料。 水热合成化学侧重于研究水热与溶剂热条件下物质的反应性能、生成规律以及合成产物的结构与性质。通常在120一260℃的自生压力下。在高压釜内由于温差的存在、产生强烈对流;使底部饱和溶液在上部生长，形成过饱和溶液，在釜壁四周上形成晶体。釜内过饱和溶液分布取决于釜内对流强烈程度，不断循环，晶体就在釜内不断生长。当反应结束后，缓慢将温度降至室温，就得到晶体。 3.层状膦酸铅配位聚合物的水热合成及结构研究 3.1综述
共轭聚合物的电学性质
共轭聚合物的电学性质 姓名:周宇班级：10级高分子材料与工程1班学号：201015014021 摘要：共轭导电聚合物是一种极有应用前景的功能高分子材料，简单了解共轭导电聚合 物的导电特性、应用以及共轭导电聚合物在制作二次电池、新型电子器件等方面具有独特的特性和优点。 关键词：共轭聚合物电学性质应用及发展 前言 导电高分子的研究和应用是近年来高分子科学最重要的成就之一。1974年日本白川英树等偶然发现一种制备聚乙炔自支撑膜的方法，得到聚乙炔薄膜不仅力学性能优良，且有明亮金属光泽。而后MacDiarmid、Hedger、白川英树等合作发现聚乙炔膜经过AsF5、I2等掺杂后电导率提高13个数量级，达到103S?cm-1，成为导电材料。这一结果突破了传统的认为高分子材料只是良好绝缘体的认识，引起广泛关注。 由于共轭导电聚合物同时具有聚合物、无机半导体和金属导体的特性，因而具有巨大的潜在的商业应用价值。在这里就聚合物的导电性及共轭聚合物材料的特性及其应用作一扼要介绍。 正文 一．聚合物的电学性质 高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。 （一）聚合物的介电性能 聚合物在外电场作用下贮存和损耗电能的性质称介电性,这是由于聚合物分子在电场作 tg表示. 用下发生极化引起的，通常用介电系数ε和介电损耗 1.介电损耗 电介质在交变电场中极化时,会因极化方向的变化而损耗部分能量和发热,称介电损耗。介电损耗产生的原因有两方面:一为电导损耗,是指电介质所含的微量导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能;二为极化损耗,这是由于分子偶极子的取向极化造成的.对非极性聚合物而言,电导损耗可能是主要的.对极性聚合物的介电损耗而言,其主要部分为
高分子材料的结构特点和性能精选. - 副本
高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质：可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品，使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料。 高分子材料的性能是其内部结构和分子运动的具体反映。掌握高分子材料的结构与性能的关系，为正确选择、合理使用高分子材料，改善现有高分子材料的性能，合成具有指定性能的高分子材料提供可靠 的依据。 高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特点。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。 1. 近程结构 (1) 高分子链的组成 高分子是链状结构，高分子链是由单体通过加聚或缩聚反应连接而成的链状分子。高分子链的组成是指构成大分子链的化学成分、结构单元的排列顺序、分子链的几何形状、高聚物分子质量及其分布。 高分子链的化学成份及端基的化学性质对聚合物的性质都有影响。通常主要是指有机高分子化合物，它是由碳-碳主链或由碳与氧、氮或硫等元素形成主链的高聚物，即均链高聚物或杂链高聚物。 高密度聚乙烯(HDPE)结构为－[CH2CH2]n－，是高分子中分子结构最为简单的一种，它的单体是乙烯，重复单元即结构单元为CH2CH2 ，称为链节，n为链节数，亦为聚合度。聚合物为链节相同，集合度不同的混合物，这种现象叫做聚合物分子量的多分散性。 聚合物中高分子链以何种方式相连接对聚合物的性能有比较明显的影响。对于结构完全对称的单体(如乙烯、四氟乙烯)，只有一种连接方式，然而对于CH2=CHX或CH2=CHX2类单体，由于其结构不对称，形成高分子链时可能有三种不同键接方式：头-头连接，尾-尾连接，头-尾连接。如下所示： 头-头(尾-尾)连接为： 头-尾连接为： 这种由于结构单元之间连接方式的不同而产生的异构体称为顺序异构体。一般情况下，自由基或离子型聚合的产物中，以头-尾连接为主。用来作为纤维的高聚物，一般要求分子链中单体单元排列规整，使 聚合物结晶性能较好，强度高，便于抽丝和拉伸。 (2) 高分子链的形态 如果在缩聚过程中有三个或三个以上的官能度的单体存在，或是在加聚过程中有自由基的链转移反应发生，
高聚物概述
聚合物生产技术绪论 高聚物的概念：高聚物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10^4～10^6)化合物。例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成，因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料。 高聚物的基本特点：相对分子质量大，分子链长（一般在~m），同时相对分子质量具有多分散性。高弹形变和黏弹性是聚合物特有的力学性能。这些特性均与大分子的多层次结构的大分子链的特殊运动方式以及聚合物的加工有密切的关系。聚合物的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、耐溶剂性以及电绝缘性、透光性、气密性等都是使用性能的重要指标。 高聚物的分类：高分子化合物的分类众多，按其元素组成可分无机高分子化合物（如石棉，云母等）和有机高分子化合物（如橡胶，蛋白质）；按其来源可分为天然高分子化合物（如淀粉，天然橡胶，蛋白质，石棉，云母）和合成高分子化合物（如合成塑料，橡胶，纤维）合成高分子化合物；又可按生成反应类型分加聚物（聚乙烯，聚氯乙烯）和缩聚物（聚酰胺，聚酯，酚醛树脂）：按链的结构可分线型高分子（合成纤维）和体型高分子（酚醛树脂）。高分子化合物中的各种官能团，都能正常反应，如羰基加成，脱碳，酯和酚胺水解等。由于分子量大，结构特殊，他们各自有其独特的物理性质，作为高分子材料证实利用了这些性质。 结构：对聚合物链的重复单元的化学组成一般研究得比较清楚，它取决于制备聚合物时使用的单体，这种结构是影响聚合物的稳定性、分子间作用力、链柔顺性的重要因素。键接方式是指结构单元在高聚物中的联结方式。在缩聚和开环聚合中，结构单元的键接方式一般是明确的，但在加聚过程中，单体的键接方式可以有所不同，例如单烯类单体（CH2=CHR）在聚合过程中可能有头—头、头—尾、尾—尾三种方式：对于大多数烯烃类聚合物以头-尾相接为主，结构单元的不同键接方式对聚合物材料的性能会产生较大的影响，如聚氯乙烯链结构单元主要是头-尾相接，如含有少量的头-头键接，则会导致热稳定性下降。
共轭聚合物合成方法的研究
８０ ２００３年增刊 化学与生物工程 ————一———————一—＿—ｈ—一—————●—＿＿＿－一 共轭聚合物合成方法的研究 王维，张爱清 （中南民族大学化学与生命科学学院，湖北武汉４３１１０７４） 摘要：综连了聚芳撑（ＰＰＰ、ＰＰＹ、ＰｑＰ）、聚对苯撑乙烧（ＰＰＶ）、聚苯胺（ＰＡｎ）、聚腈（ＰＡＺ）几种共轭聚合物的合成 方法，井指出了甚轭聚各物应用中存在问题厦夸后的合成方向。 关键词：典轭聚合物；聚对苯撑｝聚吡咯｝聚噻吩；聚对苹撑乙烧；聚苯胺；聚腈；合成中图分类号：０６３１．２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５４２５（２０（１３）增刊一００８０一０７ 聚合物常被认为是绝缘体，但共轭聚合物因其结构特征而具有优良的光电学性能。自１９７７年白川英 树（Ｋ．Ｓｈｉａｋａｗａ）和ＭａｃＤｉａｒｍｉｄ等人首次用ＡｓＦ５或 １２对聚乙炔（Ｐｏｌｙａｅｅｔｙｌｅｎｅ，ＰＡ）进行Ｐ型掺杂，获得 １０３ ｓ?ｍ１以上的高电导率以来，人们对共轭聚合物 的结构和性能有了新的认识。１９９０年剑桥大学的Ｂｕｒｒｏｎｇｈｅｓ等用聚对苯撑乙炔（ＰＰＶ）制备了电致发光器件，引起了世人的关注。共轭聚台物的研究在世 刘丽，路庆华，印杰，朱子康，王宗光．溶胶一凝胶｛击制备聚酰亚胺／二氧化钛赙光杂化材料［Ｊ］．高等学校化学学报，２００１．２２ （１１），１９４３—１９４４． ＪＰｈｏｔｏｐｏｌＳｄＴｅｃｈｎｏ】，１９９２－２９８． ＫｅｒｗｌｎＲ Ｅ，ＧｏｄｒｉｃｋＭＲ．Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｓｔａｂｌｅｐｈｏｔｏｒｅｊｉｓｔ ｐ。ｌｙ— ｍｅｒ［Ｊ］ＰｄｙｍＥｎｇ Ｓｃｉ，１９７１，８（５）ｌ４２６—４２９．ＹｏｃｈＮ．ＨｉｒａｍｏｔｏＨ．Ｎｅｗ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｏｌ— ｙｍｅｒｓ ｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＭａｅｒｏｍｏｌ Ｓｅｉ Ｃｈｅｍ，１９８４， Ａ２１１Ｉ３－１４）：１６４１—１６６３． 攘豪情，李悦生ｔ丁盂贤．新的离子型光敏秉酡亚胺Ｕ３．应用化 学，１９９８．１ ８（２）．Ｊ００—１０５． ＷｉｌｓｏｎＤ，Ｓａｎｔａ Ａｎｎ．ＳｔｅｎｚｅｎｂｅｒｇｅｒＨ Ｄ．ｅｔ ａ１．Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ［Ｍ］． Ｐｕｈｌｌｓｈｅｄ ｒ，ｔｈｅＵＳＡＣｈａｐｍａｎ ａｎｄＨａｌｌＮｅｗ Ｙｏｒｋ．１９９０：１１９． Ｈａｓｅｇａｗｎ Ｍ．ＫｏｅｈｉＭ，Ｍｉｔａ１，ｅｔａ１．Ｍｏｌｅｅｕｌａｆａｇｇｒａｇａｄｏｎａｎｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｐｅｃｔｒａｏｆａｒｏｍａｔｉｃ Ｉ）０ｌｙｉｍｉｄｅｓ［Ｊ］．ＥｕｒＰｏｌｙｍＪ， １９８９，２５：３４９‘３５４ ＲｕｂｎｅｒＲ．Ｋｉｅｅｂｅｒｇ Ｗ，ＫｕｈｎＥ．Ｇｅｒｍａｎ Ｐａｔｅｎｔ２ ４３７ ３４８， １９９４ 界范围内乍ｌ益广泛的开展起来，已逐渐成为一门新型的多学科交叉的研究领域。近些年研究主要集中在聚对苯撑（ＰＰＰ）、聚吡咯（ＰＰＹ）、聚噻吩（ＰＴＰ）、聚苯胺（ＰＡｎ）和聚苯撑乙炔（ＰＰＶ），这是因为它们原料易得．合成方法简便、聚合物性能优良等优点，并显示出了广泛的应用前景。其应用领域主要包括：发光材料、非线性光学器件、充电电池、电容器、传感器、液晶材料等，国内外相关研究有不少文献报道［１“…，且部分应用已 ［ｉ９］柬普坤，李佐弗，李加深，玛戚，王强．主链古有机硅结构的光敏 聚酰亚胺的研究［Ｊ］．功能高分子学报，１９９８．１１（１）：１９９８ ｆ２０］ＬｉｎＡＡ，ＶｉｎｏｄＲＳ，ｅｔ ａ１．ＭａｅｒｏｍｏＩｅｅｕｌｅｓ，１９９８，２１：１１６５［２１３ ＳｃａｉａｎｏＪ Ｃ．Ｆｅｒｒｉｒａ Ｊ Ｃ Ｎ。Ｐｏｌｙｍ ＥｎｇＳｃｉ．１９８９，２９（１４）；９４２ ［ｚｚ３ Ｃｈｉａｎｇ ｗＴ．ＭｅｉｗＰ．Ｔｅｔｒａｈｅｄｍｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９Ｚ，３３‘５１１： ７８６９－７８７８． ［２３］ＣｈｉａｎｇＷＴ，ＭｅｉＷＰ．ＪＡｐｐｌｙＰｏｌｙｍＳｃｉ，１９９３．５０，２１９１—８１９５．［２４］１ｗａｍｏｔｏＭ，ＫａｓａｈａｒａＳ?ＩｒａｙａｍａＫ，ｃｔ日１．ＪｐｎＪ Ａｐｐｌ ｐｈｙｓ， １９９１．３０（２Ａ）：Ｌ２１８ ［ｚｓＪ Ｊｇａｒｇｏａ，ＭｅｔｈｏｄｓＭａｔｅｒ，ＭｌｅｒｏｅｌｅｅｔｒｏｎＴｅｃｈａｏｌ（Ｐｒｏｃ ｈｉｔ． Ｓｙｒｕｐ）。１９８２：８１． ［８８３ＪｏＣｈｏｉ，ｅ１．ａ１．Ｐｏｌｙｍ ＥｎｇＳｃｉ，１９９２．３２（２１）１１６３２． ［２７３ＫＲＣａｒｔｅｒ．ｅｔａ１．ＰＭＳＥ，１９９５ｔ７２Ｉ ３８５． ［６８３ Ｅ ＰＣａｓｓｉｄｙ，ｅｔａｌ Ｐｏ［ｙｍＮｅｗｓ．１９８９，１４：３９２． 作者简介：扬志兰（１９７９一），士，硕士研宛生．研究方向：高分子 功能材料。 ＳｔｕｄｙｏｆＰｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅＰｏｌｙｉｍｉｄｅ ＹＡＮＧＺｈＨａｎ，ＺＨＡＮＧＡｉ－ｑｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ∥ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＬｉ尼Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＳｏｕｔｈＣｅｎｔｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏｒＮａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｗｕｈａｎ４３００７４。Ｃｈｉｎｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｐｏｌｙｉｍｉｄｅｓ．Ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｒｃ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｂｅｓｉｄｅ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄｏ｛ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｐｏｌｙｉｍｉｄｅｓ ｉｎ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ；ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ 圮玷钉 ｑ 阳朝 叼 龃 ； 万方数据
金属有机多孔配位聚合物的研究进展
金属有机多孔配位聚合物的研究进展 多孔材料在物质分离、气体储存和异相催化等领域有着广泛的应用。传统的无机多孔材料包括硅藻土和沸石等天然多孔材料和名目繁多的（如，活性炭、活性氧化铝、蛭石、微孔玻璃、多孔陶瓷等）人工多孔材料。天然无机多孔材料的结构类型有限，人造无机多孔材料虽然可克服这一缺点（通过改变制备工艺，人们可以制备从微孔、中孔到大孔等各类多孔材料），但是人造多孔材料的缺点是无法获得均匀孔结构。近年来"无机!有机杂化配合物作为一种新型的多孔材料引起了人们的广泛关注。人们将这种配合物定义为金属有机类分子筛"其孔洞处在纳米的数量级" 又称纳米微孔配位聚合物，这类材料的功能可以通过无机物种或有机桥联分子进行调节，过渡金属可以将其还原转化为沸石性主体，从而产生一些有趣的具有磁性和光谱特性的孔洞，而有机物质可以调节孔道尺寸、改变孔的内表面，还具有化学反应性或手性，可以弥补传统分子筛的许多不，在异相催化、手性拆分、气体存储、离子交换、主客体化学、荧光传感器以及光电磁多功能材料等领域显示出良好的应用前景。 和无机多孔材料相比，这类分子材料具有（1）结构多样性：MOFs是由金属离子（node）和有机配体（linker或spacer）通过配位键形成的配位聚合物，有机配体分子的多样性和金属离子配位几何的多样性导致了它们构成的配位聚合物结构的多样性（2）分子设计和分子剪裁的可行性：调节有机配体的几何性质和选择不同配位几何的金属离子可调控配位聚合物孔的结构（3）制备条件温和：在常压或几十个大气压，200度左右或更低的温度下反应等优点，因而对MOFs 的研究备受化学和材料科学工作者的关注。 由于配位聚合物的形成可以看作具有各自配位特征的配体和金属离子之间的合理识别与组装，因此，配体的几何构型和配位性能及金属离子的配位趋向和配位能力对配位聚合物的结构起着决定作用。此外，阴离子、溶剂、反应物配比、溶液的pH、合成方法（水热或溶剂热，溶液法、扩散法、溶胶法）、反应温度等也对配位聚合物的结构有重要的影响。作为一个重要组成部分，金属离子在配位聚合物的形成中起到极其重要的作用，配体的配位信息就是通过金属离子，根据它们配位点化学本性和几何学的规则来识别的。首先，金属离子本身的特性决定
高分子聚合物的详细介绍
高分子聚合物又称高分子化合物，是天然高分子和合成高分子化合物的总称，是由一种（均聚物）或几种（共聚物）结构单元用共价键连接在一起的、分子量很高的、比较规则的连续序列所构成的化合物。 高分子聚合物或其预聚体均称为合成树脂，高分子聚合物是通过聚合反应而制得的，且大多数是由人工合成制得的，故人们又称其为高分子合成材料。 高分子聚合物可以抽丝做成合成纤维，做成高弹性的合成橡胶，也可以通过加工成型形成刚性材料—塑料，这就是所谓的三大合成材料，高分子聚合物还可以用来生产涂料、胶黏剂和密封材料。 （一）高分子聚合物的分类 高分子聚合物根据其来源，可分为天然聚合物、人工合成聚合物、半合成聚合物等几类；根据其使用性能，可分为纤维、橡胶、塑料、涂料和胶黏剂等几类；根据分子量大小的不同，可以把聚合物分为齐聚物、低聚物和高聚物；其重复单元的种类仅为一种的称为均聚物，可分为线型聚合物、接枝共聚物、嵌段共聚物（又称镶嵌共聚物）、网状聚合物等；从高分子化学角度着眼，一般以有机化合物分类为基础，根据其主链结构，可分为热塑性聚合物和热固性聚合物二类。 （二）高分子聚合物的特性 合成高分子聚合物的化学组成比较简单，许多小分子化合物如果它们带有两个以上的可反应基团（功能基），则这类小分子化合物即可发生聚合反应，生成高分子聚合物（这类小分子化合物称为单位）。例如聚氯乙烯则是由氯乙烯结构单元重复而成，若聚合物的分子量已经很高，再增加几个机构单元并不显著影响其物理机械性能者，称高聚物；泛指的聚合物多是单体通过聚合形成的高聚物；若聚合物的聚合度很低（几至几十），再增加几个结构单元对其性能有明显影响者，则称为低聚物或齐聚物。 聚合物通常是由分子量不等的许多大分子链组成，这是在单体进行聚合的过程中，由于许多因素的影响，而使生成的聚合物是许多结构和性质相类似而聚合度不完全相等的混合物所致。这些聚合物称为同系聚合物，因此高分子聚合物是不同分子量的同系聚合物，这种特点称为多分散性，多异高分子聚合物的分子量也只能用平均分子量来表示，这是聚合物的又一特征。 潍坊市凯鑫防水材料有限公司
有机-聚合物太阳能电池概述
有机/聚合物太阳能电池 1. 有机/聚合物太阳能电池的基本原理 有机/聚合物太阳电池的基本原理是利用光入射到半导体的异质结或金属半导体界面附近产生的光生伏打效应(Photovoltaic)。光生伏打效应是光激发产生的电子空穴对一激子被各种因素引起的静电势能分离产生电动势的现象。当光子入射到光敏材料时，光敏材料被激发产生电子和空穴对，在太阳能电池内建电场的作用下分离和传输，然后被各自的电极收集。在电荷传输的过程中，电子向阴极移动，空穴向阳极移动，如果将器件的外部用导线连接起来，这样在器件的内部和外部就形成了电流。对于使用不同材料制备的太阳能电池，其电流产生过程是不同的。对于无机太阳能电池，光电流产生过程研究成熟，而有机半导体体系的光电流产生过程有很多值得商榷的地方，也是目前研究的热点内容之一，在光电流的产生原理方面，很多是借鉴了无机太阳能电池的理论(比如说其能带理论)，但是也有很多其独特的方面，现介绍如下： 一般认为有机/聚合物太阳电池的光电转换过程包括：光的吸收与激子的形成、激子的扩散和电荷分离、电荷的传输和收集。对应的过程和损失机制如图1所示。 图1 聚合物太阳能电池光电转换过程和入射光子损失机理
光吸收与激子的形成 当太阳光透过透明电极ITO照射到聚合物层上时，不是所有的光子都能被聚合物材料所吸收的，只有光子能量hν大于材料的禁带宽度E g时，光子才能被材料吸收，激发电子从聚合物的最高占有轨道(HOMO)跃迁到最低空轨道(LUMO)，留在HOMO中的空位通常称为“空穴”，这样就形成了激子，通常激子由于库仑力的作用，具有较大的束缚能而绑定在一起。对于入射到地面的太阳光谱从其能量分布来看，大约在700nm处能量是最强的，因而所使用的激活层材料其吸收光谱也应该尽量的接近太阳的辐照光谱，并且在700nm处达到最强的吸收，这样有力于激活层材料对光的吸收和利用。但是从目前研究的聚合物材料来看，其吸收光谱均不能与太阳光谱很好的匹配。 激子扩散和电荷分离 通常情况下，光激发产生的激子要经过一定的路径，传输到合适的位置才能进行解离。在传输过程中激子迁移的动力是扩散。当束缚的激子扩散到由半导体/金属、有机层/有机层、有机层/无机层所形成的界面处可以完成激子的解离。但是激子的扩散长度是有限的，一般在10nm左右，距离界面10nm以外的激子是得不到解离的，对光电流没有贡献。当激子迁移到界面处，并在界面处解离成功才能形成自由的载流子(正、负电荷)，自由的载流子在内建电势或是外加电场力的作用下，会产生定向的运动，从而使两种载流子分开。 电荷的传输和收集 电子在聚合物中的传输是以跳跃的方式进行的，迁移率比较低。如MEH-PPV（聚 2-甲氧基－5-（2'-乙基－己氧基）－1,4-亚苯基亚乙烯基）的空穴迁移率是10-7cm2/V·S，聚噻吩的是10-5cm2/V·S，而在这两种材料中电子的迁移率要远低于空穴的迁移率。向两个电极传输的正负电荷，最终会传输到电极处被各自的电极收集。因而电荷的收集效率也是影响光伏器件功率转换效率的关键因素。主要影响电荷收集的因素是电极处的势垒，再有就是激活层与电极界面的接触情况。 2. 有机/聚合物光伏器件结构 聚合物太阳能电池是有机太阳能电池研究的一个组成部分。围绕提高有机太阳能电池效率的研究，在过去的几年中取得了大量成果，从材料的选择到器件结构的优化都进行了不同程度的改进。在器件设计方面有机太阳能电池出现了四种结构：单层器件、双层或多层器件、复合层器件、层压结构器件，图2给出了这四种方式结构示意图。采用这些器件结构的耳的在于通过提高有机分子材料中电荷分离和收集的效率来得到较高 的电池转换效率。