中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所楊小牛研究員等科研人員發(fā)明的“一種高電導(dǎo)率的聚噻吩復(fù)合材料及其制備方法” 專利近日獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)(專利號:ZL 200710055671.8)!
半導(dǎo)體/絕緣聚合物復(fù)合材料以潛在的低成本、高穩(wěn)定性和高機械強度等特性受到科研工作者的青睞。但長期以來,絕緣體的引入往往會因為大尺度兩相分離等因素顯著降低復(fù)合材料的半導(dǎo)體性能如電導(dǎo)率。如何最大程度發(fā)揮半導(dǎo)體/絕緣聚合物復(fù)合材料的性能成為光電功能高分子領(lǐng)域一個重要的研究內(nèi)容。
在國家基金委和中科院的大力支持下,楊小牛課題組以可溶性聚噻吩和絕緣聚合物如聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的復(fù)合材料為例,展示了半導(dǎo)體/絕緣聚合物復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率增強現(xiàn)象。特別地,當(dāng)復(fù)合薄膜中兩相的質(zhì)量比1:1時,其電導(dǎo)率可比同樣條件下制備的聚噻吩薄膜高出5-8倍;當(dāng)聚噻吩含量為10-wt%的復(fù)合薄膜,其電導(dǎo)率仍然可以與純聚噻吩薄膜相當(dāng)。
為了實現(xiàn)導(dǎo)電率增強現(xiàn)象,必須同時滿足兩個基本點條件:一是由于很大部分電荷在共混兩相界面?zhèn)鬏,絕緣聚合物的介電常數(shù)必須足夠低才可能有效提高半導(dǎo)體相的載流子遷移率,從而提高電導(dǎo)率;二是從薄膜形態(tài)考慮,逾滲理論闡明連續(xù)的半導(dǎo)體相有利于減小電荷傳輸?shù)淖枇,從而提高電?dǎo)率。
為了滿足這兩個條件,他們首先使用了低介電常數(shù)的PS和PMMA以滿足上述條件1;同時他們利用可溶性聚噻吩在溶液中先結(jié)晶再涂膜的方法巧妙的控制了結(jié)晶和相分離的競爭關(guān)系從而抑止了大尺度的兩相分離,獲得均勻分散于復(fù)合物中的聚噻吩纖維晶,形成了連續(xù)的導(dǎo)電通路,滿足了條件2的要求,從而大幅提高了復(fù)合物的電導(dǎo)率。
半導(dǎo)體/絕緣體體相異質(zhì)結(jié)聚合物復(fù)合材料中得界面增強電荷傳輸現(xiàn)象有望在薄膜光電器件和電磁波兼容材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用,大幅降低材料成本,增加可加工性和穩(wěn)定性。
楊小牛研究員簡介
楊小牛博士,研究員,功能薄膜微結(jié)構(gòu)組組長
教育和工作經(jīng)歷
2005-至 今 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室,研究員、博士生導(dǎo)師
2002-2005 荷蘭艾因霍溫科技大學(xué)/荷蘭聚合物研究所,博士后、研究助理
2001-2002 德國馬普高分子研究所/德累斯頓高分子研究所,訪問學(xué)者
2001 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所,助研
2000 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所,高分子物理,理學(xué)博士
1995 天津大學(xué),高分子化工,工學(xué)學(xué)士
主要研究興趣
共軛高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和功能調(diào)控
高分子結(jié)構(gòu)與性能
高分子電磁和噪音抑制材料
主要榮譽
2008,獲國家國防科技進步二等獎(排名第三)
2007,中國科學(xué)院“引進國外杰出人才”擇優(yōu)支持
2006,中國科學(xué)院“百人計劃”學(xué)者稱號
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