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功能导向梯形聚苯的设计与合成

作　者: 王宝玲
导　师: 马於光；Ullrich Scherf
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 梯形聚苯咔唑螺芴环戊二噻吩空穴注入稳定性光伏器件
分类号: O632.13
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

梯形聚苯(LPPP)及其衍生物具有结构明确的刚性全共轭主链结构及一系列独特的光、电、热等方面性质,近年来这类材料在化学及物理相关领域都引起了广泛关注。LPPP被应用于光电领域的各类器件中,如电致发光器件、场效应晶体管、薄膜激光及光伏器件等。本论文以功能为导向设计并合成了几种具有新型结构的梯形聚苯,并对其光电性质进行了研究。工作主要包括以下几个方面:(1)将咔唑基团引入主链骨架结构中,提高了LPPP的空穴注入能力。由于全苯撑结构LPPP具有较低的HOMO能级,在电致发光过程中空穴的注入较难。我们将空穴注入与迁移能力较强的咔唑基团嵌入到LPPP的主链骨架结构中,成功制备了具有明确结构、高分子量、良好溶解性的含咔唑LPPP。电化学的分析表明含咔唑LPPP的HOMO能级相对于全苯撑结构的LPPP明显提高,空穴注入能力得到明显提升。(2)合成了具有热稳定性的螺芴-LPPP。由于梯形聚苯是一种主链由桥键连接的聚合物,桥键处易于发生氧化形成酮式缺陷,引起发光过程中的低能量发射。我们将具有高光/热稳定性的螺芴基元引入LPPP骨架结构中,合成了具有良好溶解性、主链由螺芴构筑的LPPP。该聚合物薄膜在空气条件下热处理结果表明120℃热退火24小时后,发射光谱依然稳定,聚合物材料表现出优异的热稳定性。(3)将环戊二噻吩(CPDT)引入LPPP主链骨架中,实现光谱的红移并研究其在光伏器件中的初步应用。梯形聚苯具有非常高的载流子迁移能力,由于材料的吸收光谱处于较高能量的吸收范围,与太阳光谱重叠较小,导致材料在光伏器件领域的应用受到限制。将CPDT基元引入到聚合物主链中,成功制备了一种具有良好溶解性,主链含有CPDT的梯形聚苯(LPPT)。LPPT的吸收光谱相对于经典的梯形聚苯明显红移,与受体材料PCBM进行1:1掺杂的光伏器件结果显示材料具有光伏器件中的潜在应用的价值。

全文目录

内容提要  5-10
第1章前言  10-36
  1.1 梯形聚合物的发展  11-19
    1.1.1 Diels‐Alder 加成反应制备梯形聚合物  12-13
    1.1.2 多官能聚合的梯形聚合物  13-15
    1.1.3 对单链前体闭环的梯形聚合物  15-19
  1.2 梯形聚苯的性质与应用  19-25
    1.2.1 光谱性质  19-21
    1.2.2 载流子传输性质  21-23
    1.2.3 电致发光与其他应用  23-25
  1.3 桥键联苯结构中的缺陷与控制  25-31
    1.3.1 聚集的解释及其存在的问题  26-27
    1.3.2 酮式缺陷的产生机理  27-30
    1.3.3 缺陷的控制以及稳定性的增强  30-31
  1.4 梯形聚苯的衍生物  31-35
    1.4.1 含有咔唑基元的梯形聚苯衍生物  31-32
    1.4.2 含有螺芴基元的梯形聚苯衍生物  32-33
    1.4.3 含有噻吩的梯形聚苯衍生物  33-35
  1.5 论文的结构与设计思路  35-36
第2章主链含有咔唑梯形聚苯的设计与合成——增强空穴注入能力  36-52
  2.1 引言  36-37
  2.2 含有咔唑基元梯形聚苯的合成  37-42
    2.2.1 合成路线的确定  37-38
    2.2.2 单体的合成  38-40
    2.2.3 聚合物的合成  40-42
  2.3 结果与讨论  42-51
    2.3.1 结构表征  43-45
    2.3.2 热性质  45
    2.3.3 光谱性质  45-48
    2.3.4 电化学性质  48-49
    2.3.5 电致发光性质  49-51
  2.4 本章小结  51-52
第3章主链含有螺芴基元梯形聚苯的合成与表征——抑制结构引起的酮式缺陷  52-68
  3.1 引言  52-53
  3.2 主链含有螺芴基元梯形聚苯(Spiro‐LPPP)的合成  53-60
    3.2.1 合成路线的确定  53-54
    3.2.2 单体的合成  54-58
    3.2.3 聚合物的合成  58-60
  3.3 结果与讨论  60-67
    3.3.1 结构表征  60-62
    3.3.2 热稳定性  62
    3.3.3 光谱性质  62-65
    3.3.4 电化学性质  65-66
    3.3.5 讨论  66-67
  3.4 本章小结  67-68
第4章含有环戊二噻吩窄带隙梯形聚苯的合成及表征——光谱的红移以及在光伏器件中的应用  68-82
  4.1 引言  68-69
  4.2 含有环戊二噻吩(CPDT)基元梯形聚苯的合成  69-72
    4.2.1 合成路线的选定  69-70
    4.2.2 聚合物的合成  70-72
  4.3 结果与讨论  72-81
    4.3.1 结构表征  72-74
    4.3.2 热稳定性  74
    4.3.3 光谱性质  74-77
    4.3.4 溶液中的自吸收效应  77-79
    4.3.5 电化学性质  79-80
    4.3.6 光伏性质  80-81
  4.4 本章小结  81-82
第5章实验用试剂和检测仪器  82-86
  5.1 实验用试剂和药品  82
  5.2 实验用测试仪器与方法  82-86
参考文献  86-100
作者简历  100
发表论文  100-102
致谢  102-104
摘要  104-107
Abstract  107-109

功能导向梯形聚苯的设计与合成

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