发光性液晶共轭聚合物的研究进展[1]
共轭高分子构建有机电致发光材料
共轭高分子构建有机电致发光材料随着科技的进步和人们对环保、节能的追求，有机电致发光材料作为新一代发光材料备受关注。
其中，共轭高分子材料因其独特的电致发光特性而成为研究热点。
本文将重点探讨共轭高分子在构建有机电致发光材料方面的应用。
共轭高分子是由具有π电子的共轭系统连接而成的高分子。
它们具有良好的导电性和光学性质，可以通过调整共轭系统的结构和改变共轭系统的长度来实现不同颜色的发光。
在有机电致发光材料领域，共轭高分子具有以下几个方面的优势。
首先，共轭高分子具有较高的载流子迁移率。
共轭系统中的π电子能够在分子内自由传递，因此共轭高分子具有良好的电子传输性能。
同时，与传统的发光材料相比，共轭高分子的载流子迁移率更高，有利于提高材料的发光效率。
其次，共轭高分子能够通过固态聚集诱导发光（AIE）效应来提高发光效率。
传统的有机发光材料在溶液状态下通常会发生聚集引起的荧光猝灭现象，导致发光效率低下。
而共轭高分子由于其特殊的分子结构，可以在固态聚集状态下发射荧光，极大地提高了发光效率。
此外，共轭高分子具有良好的机械可加工性。
由于其分子链结构的可调性，共轭高分子材料可以采用不同的制备方法制备成薄膜、纳米颗粒等形式，并且能够通过改变共轭结构来调控材料的光学性质。
这使得共轭高分子在多种载体中的应用非常灵活。
在实际应用中，共轭高分子构建的有机电致发光材料已广泛应用于照明、显示、生物医学等领域。
首先，在照明领域，共轭高分子材料可以制备出高亮度、高效率的有机发光二极管（OLED）。
OLED作为新一代照明技术，具有色彩饱和度高、能耗低、可柔性等优势，已经成为发展方向。
而共轭高分子材料的应用使OLED的发光效果更加均匀且可调，能够满足更多场景下的照明需求。
其次，在显示领域，共轭高分子材料可以用于构建有机发光场效应晶体管（OFET）。
OFET作为一种新型的显示技术，具有反应速度快、透明度高等优势，因此被广泛应用于触控面板、柔性显示等领域。
共轭聚合物材料在光电领域的应用
共轭聚合物材料在光电领域的应用共轭聚合物是一种用于制造光电器件的有机材料。
这种材料不仅可以减少成本，而且可以形成各种形状，从而支持各种不同类型的器件。
由于其可控性强、导电性能优良，以及柔性可塑性好等特点，因此在太阳能电池、有机发光二极管、场效应管等领域有着广泛的应用。
太阳能电池共轭聚合物材料在太阳能电池中的应用较为广泛。
太阳能电池的基本原理是利用材料吸收太阳辐射中的能量进而产生电荷。
传统的太阳能电池材料一般是半导体材料如硅和铜铟镓硒等。
但是这些材料在制造、加工、处理等方面都需要较高的成本费用。
相比之下，共轭聚合物材料可以通过化学合成制备，并且可以使用溶液法等低成本制造方法。
此外，共轭聚合物材料可以在小空间中形成连续电荷输运通道，达到电子输运的目的。
这种材料具有较高的导电性能，并且有能够在较宽范围内吸收太阳光谱的特性，这使得其在太阳能电池领域具有较高的潜力。
有机发光二极管相比于传统的半导体材料，共轭聚合物材料在有机发光二极管方面具有更好的应用。
有机发光二极管通过在共轭聚合物薄膜两端加电压，激发材料分子中储存的电子，并产生光。
该方法比传统的基于半导体的方法成本更低，所需的材料更少，其用途领域也更广泛。
同时，相比于半导体材料，共轭聚合物具有更高的可塑形性，这使其更适合制造各种形状和大小的二极管器件。
同样，共轭聚合物具有更好的可控性，使得它能够自由地调整其电子能级，进而实现更高效的发光效果。
总的来说，共轭聚合物在有机发光二极管方面能够提供相对较高的发光效率，并且有着各种应用领域。
场效应管共轭聚合物材料在场效应管领域也有着重要的应用。
场效应管是一种基于电场效应的半导体器件。
与传统的场效应管相比，共轭聚合物场效应管可实现更高的晶体管电子迁移率。
这主要是因为共轭聚合物能够更好地控制其电子结构，从而使其表现出更高的生长性能。
共轭聚合物场效应管的制备方法类似于传统半导体材料，主要是通过化学溶液法合成薄膜，然后将薄膜用于器件制造。
新型共轭聚合物的设计与合成研究
新型共轭聚合物的设计与合成研究随着科技的不断进步和社会对可持续发展的需求，新型共轭聚合物的研究与合成日渐受到重视。
共轭聚合物具有理想的电子传输特性，可以广泛应用于有机光电子器件、太阳能电池等领域。
本文将探讨新型共轭聚合物的设计与合成研究。
共轭聚合物的设计与合成是一个复杂而精细的过程。
首先，设计者需要明确材料所需的特定属性和应用目标。
在这个基础上，他们可以通过合理选择单体结构和修饰基团来实现所需的功能。
例如，在太阳能电池领域，高能隙和高载流子迁移率是理想的特性。
因此，设计者可以通过调整共轭链的长度和宽度，以及引入不同的侧链基团来实现这些特性。
合成新型共轭聚合物的方法多种多样。
常见的方法包括化学合成、物理法合成等。
化学合成是最常见和常用的方法，它通常通过分步反应来合成目标共轭聚合物。
物理法合成则通过液晶相和溶液方法来实现。
无论是哪种方法，合成过程中都需要考虑反应条件的选择和控制，以获得高质量和高产率的产品。
在设计和合成新型共轭聚合物时，选择合适的单体结构和修饰基团至关重要。
单体结构直接决定了共轭聚合物的主链结构和共轭程度。
常见的单体结构包括噻吩、噻嘧、咔唑等。
修饰基团则可以通过引入不同的化学键和官能团来调控共轭聚合物的能带结构和光电性能。
例如，可以通过引入受体基团来改变共轭聚合物的吸收和发射波长，从而实现颜色调制。
此外，共轭聚合物的形状和结晶性也对其光电性能和器件性能产生重要影响。
传统的共轭聚合物常常以线形或延伸的形式存在，这种形态对其电子传输具有一定的限制。
近年来，一些研究者开始探索非传统形态的共轭聚合物，如环状、球形和纳米线形等。
这些非传统形态的共轭聚合物具有更好的溶解性和晶体性，从而提高了材料的处理能力和器件性能。
综上所述，新型共轭聚合物的设计与合成研究是一个复杂而精细的过程。
合理选择单体结构和修饰基团，控制反应条件，以及研究非传统形态，都是实现优质共轭聚合物的关键。
随着科学技术的不断进步，人们对共轭聚合物研究的需求也将不断增加。
荧光共轭聚合物的结构设计与合成方法研究
脂溶性共轭聚合物 的研究 开展 的 比较早 ， 侧链 带有 非亲 其 水基团 ， 常可溶解 于有机溶 剂。这类聚合 物具有 高强度 、 常 易成 膜、 耐溶剂 、 耐热易 、 加工 等性能 ， 常作 为光学 材料使用 。Ｃ ｇｏｉ ａｎｌ
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其 水 溶 性 的 实 现 主 要 是 通 过 在 侧 链 连 接 上 各 种 类 型 的 亲 水 性 离
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共轭聚合物荧光传感器的研究进展
进展评述共轭聚合物荧光传感器的研究进展苗自婷 付艳艳 徐哲 李光* 江建明(东华大学材料科学与工程学院纤维改性国家重点实验室 上海 201620)2008-05-16收稿,2008-09-18接受摘 要 共轭聚合物具有共轭分子导线结构,局部微扰在整个聚合物分子链甚至整个聚合物体系内即能得到放大利用,这一性质决定了其具有检测超低含量待测物的能力,且表现出强于小分子荧光传感器的灵敏度。
本文概述了荧光共轭聚合物的传感机理,并举例介绍了近年报道的以共轭聚合物为基础的荧光传感器在检测离子及有机小分子方面的应用。
关键词 共轭聚合物 荧光 传感器 信号放大 应用Progress in Conjugated Polymer -Based Fluorescent SensorsMiao Ziting,Fu Yanyan,Xu Zhe,Li Guang *,Jiang Jianming(State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials,College of MaterialScience and Engineering ,Donghua Uni versity,Shanghai 201620)Abstract Conjugated polymers have the structure of conjugated molecular wire,for which the partial infinitesi maldisturbance can be amplified not only in the molecular chains of the polymer,but also in the entire polymer system,whichdetermines the capaci ty to detect analytes with ultra low content,and the sensitivi ty that is better than the fluorescent sensorsmade up of small molecules.In this paper ,the sensing mechanism of fluorescen t conjugated polymers was sum marized,andthe reported study on the detection of ions and small organic molecules using the fluorescent sensor based on conjugatedpolymers were introduced.Keywords Conjugated polymers,Fluorescence,Sensor,Signal amplifyi ng ,Application 对被检测物进行实时、灵敏的检测,在实际应用中非常重要[1]。
共轭微孔聚合物材料的研究进展
共轭微孔聚合物材料的研究进展共轭微孔聚合物是一类重要的有机功能材料，由于其高比表面积、高稳定性、可调控性和可增加的电子结构等特点，具有在吸附、分离、储氢、传感和电子器件等领域的广泛应用前景。
本文综述了共轭微孔聚合物的研究进展，涉及到合成方法、结构特征、物理性质和应用等方面。
合成方法在共轭微孔聚合物的合成中，通常采用二硫化碳法、静电吸附法、热处理法、溶剂热法以及溶剂蒸发法等多种方法。
其中，二硫化碳法是一种简单有效的合成方法，可以通过在碳源和硫源存在的条件下进行冰浴反应，合成出具有较高表面积和孔径大小的共轭微孔聚合物。
结构特征共轭微孔聚合物的结构特征主要包括微孔结构、孔径和表面积等方面。
其微孔结构是由聚合物的共轭系统和有机配体的协同作用形成的，这种协同作用在共轭微孔聚合物的孔径和表面积方面也发挥了重要作用。
此外，共轭微孔聚合物还具有良好的荷电传导性能和可控性。
物理性质共轭微孔聚合物具有较高的比表面积和微孔大小，能够大量吸附和存储气体分子、离子和小分子等，具有非常广泛的应用前景。
此外，由于共轭微孔聚合物的重复单元间具有大量的跨链和顺序效应，因此它们在分子催化、药物传递和电子输运等过程中具有较高的效率和可控性。
应用共轭微孔聚合物有着广泛的应用前景，可以应用于气体分离、氢气储存和催化反应等领域。
在气体分离方面，共轭微孔聚合物具有高效的选择性，能够选择性吸附和分离二氧化碳、氧气、氮气、乙烯和丙烯等气体。
在氢气储存方面，共轭微孔聚合物可以形成高度有序的氢储存结构，能够高效储存氢气分子。
在催化反应方面，共轭微孔聚合物能够提供高度定向的反应中心，提高反应速率和精度。
总结共轭微孔聚合物是一类具有广泛应用前景的有机功能材料。
其合成方法、结构特征、物理性质和应用等方面已被广泛探究，研究进展迅速。
虽然共轭微孔聚合物在应用中还存在许多挑战和问题，但在未来的研究和开发中，它们将具有更加广泛的应用前景和应用价值。
有机共轭聚合物的光电性质与应用
有机共轭聚合物的光电性质与应用有机共轭聚合物是一类具有特殊结构的高分子材料，其分子内存在共轭结构，能够形成π-π堆积，从而赋予其独特的光电性质。
有机共轭聚合物具有良好的光电转换性能，广泛应用于光电器件、光伏发电等领域。
一、有机共轭聚合物的光电性质有机共轭聚合物的光电性质主要体现在吸收光谱和光电导率方面。
由于共轭结构的存在，有机共轭聚合物能够吸收宽波长范围的光线，具有较高的吸光度和吸光系数。
这使得有机共轭聚合物在太阳能电池等光电器件中具有良好的光吸收性能。
另外，有机共轭聚合物还具有较高的载流子迁移率和较低的载流子复合率，这使得它们在光电器件中表现出良好的光电导率。
有机共轭聚合物的载流子迁移率通常在10^-3~10^-2 cm^2/(V·s)之间，与无机半导体相当。
这种高载流子迁移率使得有机共轭聚合物能够在光电器件中高效地转换光能为电能。
二、有机共轭聚合物的应用1. 光伏发电有机共轭聚合物作为太阳能电池的光电转换层材料，可以将光能高效转化为电能。
有机太阳能电池具有制备简单、柔性可弯曲等优点，因此在可穿戴设备、智能家居等领域具有广阔的应用前景。
2. 有机光电器件有机共轭聚合物还可以用于制备有机光电器件，如有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）等。
有机发光二极管具有发光效率高、色彩鲜艳等特点，被广泛应用于显示技术、照明等领域。
有机场效应晶体管则可以用于制备柔性电子器件、传感器等。
3. 光敏材料有机共轭聚合物还可以用作光敏材料，用于制备光敏电子器件、光敏传感器等。
光敏材料具有光电转换灵敏度高、响应速度快等特点，广泛应用于光通信、光储存等领域。
4. 光催化材料有机共轭聚合物还可以用于制备光催化材料，用于光催化反应。
光催化材料能够利用光能驱动化学反应，具有环境友好、高效能等特点，在环境治理、能源转化等方面具有潜在应用价值。
总之，有机共轭聚合物具有独特的光电性质，广泛应用于光电器件、光伏发电等领域。
共轭聚合物材料在光催化领域的研究进展与潜在挑战
第47卷第4期燕山大学学报Vol.47No.42023年7月Journal of Yanshan UniversityJuly 2023㊀㊀文章编号:1007-791X (2023)04-0307-12共轭聚合物材料在光催化领域的研究进展与潜在挑战赵㊀锐,张森林,屈年瑞,谷建民∗,王德松(燕山大学河北省应用化学重点实验室,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2023-03-27㊀㊀责任编辑:王建青基金项目:国家自然科学基金资助项目(22278349)㊀㊀作者简介:赵锐(1999-),女,黑龙江大庆人,硕士研究生,主要研究方向为纳米光子学;∗通信作者:谷建民(1984-),男,吉林乾安人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为纳米光子学,Email:jmgu@㊂摘㊀要:通过半导体催化剂将光能转化为化学能是太阳能转化利用的重要方式之一㊂然而,传统的无机半导体材料其带隙较宽,大部分仅对紫外光有响应㊂与无机半导体相比,共轭聚合物半导体不仅具有较宽的可见光(占据了太阳光谱的主要能量)吸收范围和较高的吸光系数,而且易于进行分子设计和调控㊂本文首先综述了共轭聚合物材料的种类及其相应的优异特性;其次,对共轭聚合物材料被作为光催化剂用于废水净化㊁水裂解析氢和CO 2还原三方面的研究进行了总结;最后,对该类材料目前存在的一系列问题进行了探讨并提出了初步的解决方案㊂关键词:替代能源;共轭聚合物;光催化性能;光催化应用中图分类号:X937㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2023.04.0040 引言太阳被称为超级 能量仓库 ,可以不断地将太阳光照射到地球上,平均每小时到达地球表面的太阳能足以满足人类一整年的能源需求[1-2]㊂尽管太阳能具有价廉㊁丰富和清洁的优点,但由于其能量密度低㊁稳定性差和时区依赖性高等问题,很难被高效地投入应用㊂利用光催化的相关反应将清洁㊁可再生的太阳能转化成具有高能量化学能是一种有效的新能源获取方式㊂由于半导体较强的氧化还原能力,光催化技术已被广泛应用于污染废水的处理,是一种强有力的环境修复策略㊂此外,光催化裂解水生产清洁氢燃料有望缓解全球能源危机,整个过程可达到清洁㊁环保和可再生效果[3-9]㊂最后,合理运用光催化技术可以将CO 2(温室气体的主要组成成分)转化为增值化学品(一氧化碳㊁甲烷和甲醇等),创造巨大的经济效益,同时解决当前由于CO 2过量释放引起的能源短缺和环境问题[10-14]㊂到达地球表面接近一半的太阳光能量都是来自可见光(其范围约400~800nm),怎样高效地利用可见光成为了光催化领域研究的最大挑战㊂无机半导体光催化材料能够利用光能催化分解水和空气中的有机污染物,具有光催化活性高㊁稳定性好㊁价格相对较低等优点[15],成为光催化领域降解污染物中研究最为深入的一类光催化材料㊂然而,由于该类材料带隙较宽,只能吸收波长较短的紫外光,故使得其对太阳能的利用率较低,对有机污染物的降解速率慢,而且受激发后产生的光生电子和光生空穴又很容易复合,从而导致了其较低的光催化性能[6-7,15-16]㊂在对大量无机半导体光催化材料进一步研究中发现,大多数金属氧化物即使经过了设计㊁调控,依然难以有效地利用太阳光[17-18]㊂共轭聚合物半导体材料,可直接通过分子设计和控制聚集等策略对材料的相关属性进行改良,这是无机半导体材料无法比拟的㊂共轭聚合物材料现已应用于有机太阳能电池[19-20]㊁有机发光二极管[21]和光电化学器件[22]等308㊀燕山大学学报2023领域㊂然而,将共轭聚合物半导体作为光催化剂,将太阳能有效地转化为化学能仍然是目前研究的一大重点㊂本文基于共轭聚合物半导体光催化材料所体现出的突出优势,对其进行了详细的综述㊂进一步地,总结了该类材料在污染物光降解㊁光催化制氢㊁光催化CO2还原三个方面的光催化机理及应用㊂最后阐述了该材料在实际应用和研究中存在的挑战及相应的解决方案㊂1㊀共轭聚合物半导体材料1.1㊀共轭聚合物半导体材料的发展最早关于共轭聚合物光催化剂的报道可以追溯到20世纪80年代,日本科学家证明了聚对苯在紫外光下可以驱动析氢反应,在特定空穴牺牲剂的存在下产生微量的氢气[23-24]㊂2008年,河北科技大学王德松教授团队开创性地通过原位聚合法选用聚苯胺(PANI)对二氧化钛(TiO2)纳米颗粒进行改性,少量PANI引入可以有效增强TiO2纳米颗粒的分散性,提高了该复合材料在紫外光下的光催化活性[25];基于以上工作该团队在同年申请发明专利 具有可见光催化活性的AgBr/ PANI/TiO2纳米复合材料的制备方法 [26],将共轭聚合物材料聚焦于光催化领域,越来越多的科研人员基于王德松团队的工作展开了对共轭聚合物材料的研究㊂2009年,王心晨教授课题组发现非金属聚合物石墨相氮化碳在可见光和不同牺牲剂的条件下完成析氢反应和产氧反应㊂这一突破性发现引发了相关研究人员对氮化碳及其衍生聚合物替代金属氧化物作为光催化剂的大量关注[27]㊂2015年,D.J.Adams和A.I.Cooper等人制备得到光学带隙在1.94~2.95eV范围间的可调多孔有机聚合物,将该类材料应用于光催化水裂解析氢反应[28]㊂以上系列突破性的工作吸引了大量学者关于共轭聚合物用于光催化领域的应用研究㊂1.2㊀共轭聚合物基光催化剂1.2.1㊀石墨相氮化碳及其衍生物石墨相氮化碳(g-C3N4)材料因其良好的光催化活性和高效的可见光吸收而引起广泛关注㊂共轭层结构中碳和氮原子之间的强共价键,使其具有较高的化学和热稳定性[29-30]㊂石墨相氮化碳是由廉价的含氮前体,如双氰胺㊁氰胺㊁三聚氰胺㊁尿素和硫脲等聚合形成的[31-32]㊂g-C3N4中的碳氮原子通常是sp2杂化,结构单元通常是由三嗪环或七嗪环(如图1)组成的[15,20]㊂两个环用σ键连接,垂直于σ键的p轨道形成共轭大π键㊂Kroke等人通过密度泛函数理论得出以七嗪环为单元的g-C3N4结构更稳定[33]㊂π共轭体系的石墨相结构使得g-C3N4高效地传输光生载流子[34]㊂g-C3N4具备特殊的物化性质和一定的光催化活性,使得其被广泛应用于能源和环境领域中㊂图1㊀g-C3N4的结构示意图Fig.1㊀Structure diagram of g-C3N4然而,由于g-C3N4的高电子-空穴重组率㊁可见光吸收不足(仅限460nm以下)㊁低比表面积(10m2/g)等特点,使得其作为光催化剂面临着很大挑战[35]㊂现今已经有多种策略可以增强g-C3N4的光催化性能,主要包括掺杂㊁缺陷控制㊁尺寸与结构调整和异质结构建等[33,35-36],其中通过构建异质结的策略可有效提高g-C3N4半导体的光催化活性㊂Liu等人通过使用微波马弗炉加热均匀分散的二硫化锡(SnS2)纳米片和g-C3N4纳米片,得到了SnS2/g-C3N4异质结[37]㊂通过透射电镜(TEM)进一步观察g-C3N4和SnS2/g-C3N4的形貌㊂g-C3N4具有多个堆叠层的褶皱层结构(图2(a)),而SnS2为单层片状,由图2(b)中可清晰观察到SnS2/g-C3N4复合材料的微观结构㊂虚线为g-C3N4的边缘,虚线外为SnS2,说明SnS2纳米片能够被均匀地负载在g-C3N4纳米片的表面,形成有效的SnS2/g-C3N4异质结构㊂当SnS2沉积在g-C3N4纳米片表面时,H2生成速率约是纯g-C3N4的3倍,证实了异质结的形成可以促进g-C3N4中光电电子空穴分离,从而潜在地提高H2产率㊂第4期赵㊀锐等㊀共轭聚合物材料在光催化领域的研究进展与潜在挑战309㊀图2㊀样品g-C 3N 4和SnS 2/g-C 3N 4的TEM 图Fig.2㊀TEM image of g-C 3N 4and SnS 2/g-C 3N 4Katsumata 等人[38]通过简单的煅烧方法制备复合光催化剂WO 3/g-C 3N 4㊂三氧化钨(WO 3)负载量达到10%,WO 3/g-C 3N 4复合材料H 2生成速率达到110μmol㊃h -1㊃g -1(图3),约为纯g-C 3N 4的2倍,实现了g-C 3N 4基复合材料析氢速率的进一步提高㊂图3㊀g-C 3N 4和WO 3/g-C 3N 4的析氢效果Fig.3㊀Hydrogen evolution effect of g-C 3N 4and WO 3/g-C 3N 4基于g-C 3N 4材料优异的物化性质,Hua 等人将磷化亚铜(Cu 3P )纳米颗粒有效负载在了g-C 3N 4表面上,成功合成了Cu 3P /g-C 3N 4复合光催化剂[39],在可见光下(λ>420nm),该复合材料的光催化活性得到了大幅度提高(如图4)㊂Cu 3P是没有光催化活性的,但当仅质量分数为1.0%的Cu 3P 颗粒负载到g-C 3N 4纳米片后,其复合材料CC-1.0的光催化活性得到成倍的提高,析氢量达到808μmol㊃g -1㊃h -1,约为纯g-C 3N 4的75倍㊂接下来,当继续增大Cu 3P 的负载量后,复合材料的析氢量逐渐降低,这可能是由于g-C 3N 4表面多余的Cu 3P 对光吸收的屏蔽作用而导致的㊂光催化剂的稳定性是评定其光催化性能的一项主要的参数,因此该团队对Cu 3P /g-C 3N 4复合材料进行了进一步地稳定性测试㊂由图5所示,在连续循环4次后,Cu 3P /g-C 3N 4的光催化活性没有明显下降,表明Cu 3P /g-C 3N 4复合材料具有较好的光催化反应稳定性㊂图4㊀g-C 3N 4和Cu 3P /g-C 3N 4的析氢效果Fig.4㊀Hydrogen evolution effect of g-C 3N 4and Cu 3P /g-C 3N 4图5㊀Cu 3P /g-C 3N 4的稳定性测试Fig.5㊀Stability test of Cu 3P /g-C 3N 41.2.2㊀线性高分子早在1985年,线性高分子聚对苯首次应用于紫外光下的光解水产氢反应[23];该材料作为最早的线性高分子光催化剂且最早应用于光催化析氢反应㊂紧接着,研究证明了以双吡啶为结构单元的线性高分子可以有效实现光催化水裂解析氢反应[40]㊂近年来,共轭聚合物材料多被用作光催化剂㊂特别地,从线性结构的角度出发,聚苯胺310㊀燕山大学学报2023(PANI)具有共轭大π键体系,其中π或π∗键轨道可以形成电荷迁移复合物而产生电荷迁移,因此该种共轭聚合物具有良好的导电性和环境稳定性,又基于其易制备的特点使得PANI 聚合物受到众多科研人员的大力关注[41]㊂无机半导体/聚苯胺纳米复合材料在光催化领域广受关注㊂王等人[25]首次通过原位聚合法合成了TiO 2/PANI 复合材料,即先通过化学氧化法将在TiO 2纳米颗粒表面将苯胺(ANI)原位聚合生成聚苯胺(PANI ),得到TiO 2/PANI 纳米复合材料㊂一般纳米TiO 2的表面能较高,其颗粒间易聚集,导致该材料较低的比表面积和活性位点,这限制了其在许多领域的应用㊂但经过线性共轭聚合物PANI 改性后的TiO 2纳米颗粒相比于TiO 2纳米颗粒的团聚效应有了明显的缓解(图6)㊂这表明PANI 能够有效抑制TiO 2纳米颗粒的聚集,对提高纳米材料分散性和复合材料光催化性的相关工作有重要借鉴意义㊂图6㊀TiO 2和TiO 2/PANI 的TEM 图Fig.6㊀TEM image of TiO 2and TiO 2/PANI特别地,除了微观形貌上的变化,经过PANI改性后得到的TiO 2/PANI 复合光催化剂对光的吸收能力得到了显著的提高㊂如图7的紫外-可见漫反射光谱所示,TiO 2纳米颗粒只能吸收紫外光(λ<400nm),而PANI 较强的光吸收能力,导致其复合材料TiO 2/PANI 样品的光吸收强度得到提高的同时,其对太阳光的吸收范围也大幅拓宽至近红外光区(λ>760nm)㊂基于以上工作的启发,R.Sasikala 等人先采用沉淀法得到硫化镉(CdS),再使用原位复合法制备了MoS 2-PANI-CdS 三元复合材料[42]㊂该复合材料在可见光区域能表现出良好的光催化性能,它的析氢速率可以达到0.57mmol㊃h -1㊃g -1,并具有良好的循环稳定性(图8),进一步拓宽了无机半导体/聚苯胺纳米复合材料在光催化领域的应用㊂图7㊀TiO 2和TiO 2/PANI 的紫外-可见漫反射光谱Fig.7㊀UV-vis diffuse reflectance spectra ofTiO 2and TiO 2/PANI图8㊀MoS 2-PANI-CdS 的稳定性测试Fig.8㊀Stability test of MoS 2-PANI-CdS1.2.3㊀有机共轭骨架材料根据化学组成㊁组成单元的共轭程度㊁是否呈多孔结构和结晶度,可以将聚合物网络光催化剂分为共轭微孔聚合物㊁共价三嗪基骨架和共价有机骨架(COFs)等[43]㊂2015年,D.J.Adams 和A.I.Cooper 等人通过调节共聚物的组成,采用Suzuki-Miyaura 偶联反应合成了带隙连续可调的聚合物半导体材料,将共轭微孔聚合物用作光催化剂,应用于可见光下的光催化裂解水的析氢反应[44]㊂自此,共轭微孔聚合物得到了大家的持续关注,一些各具特点的共轭微孔聚合物催化剂相继被开发㊂共价三嗪骨架是以三嗪单元为基础结构,与其他单元结构交叉共轭形成的一种高含氮量㊁化学结构稳定的多孔材料[45]㊂不同于热解获得的氮第4期赵㊀锐等㊀共轭聚合物材料在光催化领域的研究进展与潜在挑战311㊀化碳材料,共价三嗪骨架既可以通过高温熔盐法制备,也可以通过低温下的偶联反应获得[46]㊂合成方法对于共价三嗪骨架作为光催化剂的活性有着重要影响[47]㊂共价有机骨架(COFs)材料是由有机结构单元通过共价键形成的新型高分子材料,COFs 是基于共价键有序连接的一类晶态高分子材料,具有规则的孔道结构㊁稳定的骨架结构㊁较高的比表面积㊁较高的孔隙率以及易于被功能化修饰等优异的特点,现已成为功能有机材料化学的研究热点之一㊂2014年,B.V.Lotsch 课题组开发出以腙(hydrazone)为单元的共价有机骨架光催化剂,实现光解水析氢反应[48]㊂图9为一系列B.V.Lotsch 团队制备得到的二维(2D)氮联COF(N x -COF)(x 表示为其含有的N 原子数量)随时间变化的析氢性能结果,N 0-COF㊁N 1-COF㊁N 2-COF㊁N 3-COF 的析氢速率依次为23㊁90㊁438㊁1703μmol㊃h -1㊃g -1(插图为N x -COF结构图)㊂随着N 原子数量的增加,N x -COF 的结晶体提高,电子结构得到逐步优化,光生载流子的分离能力变强,进而导致其材料的光催化活性得到逐渐增强㊂基于COFs 共轭聚合物材料优异的结构特点和制备优势,这些年来,各种各样的COFs 材料在光催化方面的应用获得了快速的发展㊂图9㊀N x -COF 的析氢效果Fig.9㊀Hydrogen evolution effect of N x -COF2㊀聚合物基材料在光催化领域中的应用2.1㊀光催化降解污染物2.1.1㊀降解机理由于直接或间接的污染物释放,在许多水生生物中检测到了难降解的有机污染物(POPs),其浓度因污染源而异,给地球的水资源和环境带来了许多不可逆的破坏[15]㊂传统的废水处理工艺无法完全去除持久性有机污染,需要先进的技术来解决这一问题㊂利用半导体光催化技术可以清洁且高效地解决以上的科学问题,因此,光催化降解水中有机污染物是半导体光催化材料在水污染处理方面的一个重要应用㊂染料分子可以吸收可见光成为激发态,处于激发态的染料分子的氧化还原电势通常低于相应的基态电势(表1)㊂电子从激发态的染料分子转移至半导体的导带上,导带上的电子和水中的氧气结合,将生成超氧自由基,生成的超氧自由基进一步反应可得到羟基自由基[49-50],这些具有强氧化性的自由基团可以将污染物氧化成无污染的物质,如CO 2㊁水和一些中间体小分子㊂表1㊀不同染料在激发态下的还原电位Tab.1㊀Reduction potentials of different dyes in excited states染料E 0/V vs.NHE茜素红-1.57荧光素乙酯-1.33伊红-1.11罗丹明B -1.09亚甲基蓝0.53甲基橙0.722.1.2㊀有机染料的降解由于罗丹明B㊁甲基橙㊁亚甲基蓝(MB)等常见的有机染料都含有苯环结构,可以与有机共轭聚合物光催化材料发生π-π共轭,从而增强其对有机染料分子的吸附性能,使得光生电子-空穴以更高效的速率分离与迁移,可以显著提高光催化剂的光降解活性[51-53]㊂Li 等人通过一步水热法制备二氧化钛-氧化石墨烯(P25-GR)纳米复合光催化剂,氧化石墨烯(GR)和二氧化钛(P25)通过化学键紧密相连接[54]㊂因石墨烯中含有苯环结构,它可以与MB 分子发生π-π共轭作用,使得MB 能够被大量吸附并迁移至二氧化钛表面㊂在可见光照射下,二氧化钛-碳纳米管(P25-CNTs)降解染料的效率优于P25,但其整体光催化活性仍较低㊂基于GR 优异的吸附性能,相比于CNTs 而言,制备得到的P25-GR 的吸附性能得到312㊀燕山大学学报2023明显的优化,因此,基于吸附和超氧自由基的强氧化性的协同作用,图10所示P25-GR 复合光催化剂光催化降解MB 的效率约是P25的5倍,光催化性能有了显著提高㊂图10㊀光催化剂的降解性能Fig.10㊀Degradation properties of photocatalysts2.2㊀光催化析氢氢气是重要的能源载体之一,基于该物质具有清洁㊁环保和高效的特性,近年来,研究人员致力将氢能转化为各种可再生能源,应用于零排放汽车㊁加热源和燃料电池等[55]㊂自Fujishima 和Honda 在1972年首次使用TiO 2光电极实现光催化水裂解制氢以来[56],光催化水裂解析氢策略成为目前发展的一类极具应用前景的制氢技术㊂2.2.1㊀析氢原理到目前为止,研究人员尝试了各种类型的半导体材料用于光催化制氢,如金属有机骨架材料㊁金属氧化物(TiO 2㊁Cu 2O 和BiVO 4等)㊁金属硫化物(SnS 2㊁MoS 2和Znln 2S 4等)和g-C 3N 4及其衍生物等[57]㊂然而,这些材料存在带隙宽㊁有毒㊁不稳定和制备成本高等一系列缺点而难以投入到光催化领域的实际应用中去㊂共轭聚合物光催化剂具有较高的比表面积㊁较多的活性位点和制备条件温和等特点,能够有效分离光生载流子[58],具有较高的光催化性能㊂光催化裂解水制氢的机理反应分为3个阶段(图11):1)聚合物基复合材料会吸收来自紫外线/阳光的光能,促进电子/空穴传导,其中以光的形式接收到的能量必须大于或等于半导体材料的带隙能量[11,59-60];2)光生电子由聚合物半导体的价带(VB)被激发到导带(CB),此时质子被导带上的电子还原生成H 2(式1);3)留在价带上的空穴通过水分子的光氧化过程生成O 2(式2)㊂4H ++4e -ң2H 2(1)2H 2O +4h +ң4H ++O 2(2)图11㊀负载产氢和产氧共催化剂的半导体光催化剂上的水分解机理示意图Fig.11㊀Schematic illustration of water splitting mechanismover a semiconductor photocatalyst loaded with hydrogen andoxygen generation co-catalysts2.2.2㊀析氢应用Jiang 等人[61]制备了一种新型给-受体结构的共轭微孔聚合物光催化剂(图12),该团队使用四苯基乙烯或二苯并[G,P ]稠二萘作为电子给体,所制备的共轭微孔聚合物光催化剂(TPE-BTDO 和DBC-BTDO)均含有二苯并(-[B,D]-b,d)噻吩-S,S -二氧化物㊂与扭曲空间结构的四苯基乙烯相比,基于二苯并[G,P ]稠二萘的π共轭平面分子结构,DBC-BTDO 更有利于光生电荷传输和光生电子-空穴对的分离,因此聚合物DBC-BTDO 光催化剂在无助催化剂的情况下可见光析氢速率高于TPE-BTDO,且经过10次循环析氢实验,持续20h 后其析氢活性仍未有明显下降㊂图12㊀两种聚合物的合成路线和概念结构Fig.12㊀The synthetic routes for the two polymersand the notional structures2.3㊀光催化还原CO 2多年来,化石燃料的大量消耗导致大气中的第4期赵㊀锐等㊀共轭聚合物材料在光催化领域的研究进展与潜在挑战313㊀CO2水平上升,这造成了严重的环境和安全问题[62]㊂利用太阳能,将CO2转化为碳燃料的这项光催化技术可以在减轻温室效应的同时突破能源短缺窘境[63]㊂然而,CO2是一个非常稳定的线性分子,活化能达到728kJ/mol(2000ħ时仅有1.8%被分解),这使得CO2的转化非常具有挑战性㊂在典型的CO2光还原过程中,光催化剂对CO2的吸附和活化是其能够被高效转化的前提[64],且光催化剂的氧化还原电位必须足以驱动反应[65]㊂2.3.1㊀CO2还原机理表2(pH=7)可以看出在水的体系中CO2的相关还原反应,由于还原电位为-1.85V(相对于一般氢标电势,NHE)仅通过单电子转移产生CO2㊃-是不可行的㊂系列还原反应生成甲酸㊁一氧化碳㊁甲醛㊁甲醇和甲烷所需的还原电位分别为0.61㊁0.53㊁0.48㊁0.38和0.24V,而在CO2光还原过程中,水还原生成H2需要的理论电势为-0.42V,与CO2还原反应为竞争关系㊂因此,根据所采取的反应途径和光生电子转移的数量, CO2光还原可能产生许多不同的产物,很难通过给定的光催化剂实现良好的选择性和高效率[63]㊂表2㊀CO2的还原电位与NHE的比较Tab.2㊀The reduction potentials versus NHE for CO2reduction 序号反应E0/V vs.NHE 1CO2+e-ңCO㊃-2-1.852CO2+2H++2e-ңHCOOH-0.613CO2+2H++2e-ңCO+H2O-0.534CO2+2H++4e-ңHCHO+H2O-0.485CO2+6H++6e-ңCH3OH+6H2O-0.386CO2+8H++8e-ңCH4+2H2O-0.24 72H++2e-ңH2-0.42 2.3.2㊀光催化CO2还原应用大多数应用于CO2还原的光催化剂是无机化合物,金属氧化物或硫化物,如TiO2㊁Cu2O和CdS 等[64,66],但在实际应用过程中,此类材料的光催化效率较低,产物的选择性不高且易造成二次的重金属污染㊂基于共轭聚合物优异的物化性质,该类有机聚合物半导体已被开始应用于非均相的液-固或气-固光催化还原CO2体系㊂一般地,在气-固体系中较为简单,水蒸气作为电子供体,光催化剂均匀地分散在反应器的底部,水蒸气和CO2首先通过物理或化学吸附的方式附着在共轭聚合物活性位点上,接着在光照下进行CO2还原反应㊂在实际应用过程中,为了开发更高CO2光还原性能的共轭聚合物材料,还需要考虑一些关键的影响因素,如聚合物的带隙㊁比表面积㊁CO2吸收能力㊁电子能带结构和光生电荷分离效率等,以获得更为优异的光催化活性和目标产物的选择性[67-68]㊂此外,外部环境和操作条件,如催化剂用量㊁溶液pH值㊁压力和温度等,也可能影响催化反应的活性与效率[69]㊂为了解决CO2在液-固体系中溶解性较差这一科学问题,Wang等人[70]通过将尿素和巴比妥酸(BA)共聚的策略成功合成了巴比妥酸改性的g-C3N4纳米片(CNU-BA),并通过X射线粉末衍射(XRD)技术对改性后的CNU-BA进行了晶体结构表征㊂如图13(a)所示,所有样品的XRD特征衍射峰均与CNU样品相似㊂有趣的是,随着BA添加量的增加,属于CNU(100)晶面的特征衍射峰减弱变宽(13.0ʎ),属于CNU(002)晶面的特征衍射峰强度明显减小(27.4ʎ),以上结果的产生可能是由于在CNU层状结构中插入BA对其石墨相结构的扰动造成的,且在最佳的BA用量下,CN-BA0.03复合材料生成CO和H2的速率均有显著的提高,分别为31.1μmol㊃g-1和4.89μmol㊃g-1㊂进一步地,基于以上对一系列含氮类聚合物前驱体改性的策略,Guo等人通过在酒石酸存在下使用双氰胺热聚合的策略制备了含有氮缺陷的g-C3N4纳米片(DCN-x,x表示酒石酸的质量(g))[71]㊂一般而言,缺陷的引入可以提高材料对可见光吸收和光生电荷转移的能力,因此,DCN-0.05的CO产量达到了284.7μmol㊃g-1,比原始g-C3N4(35.5μmol㊃g-1)的析出量高了近8倍(图13(b))㊂所以,可见光的吸收和光生电荷转移能力显著影响材料的光催化性能[72]㊂3㊀总结与展望在过去的几十年里,环境和能源危机严重威胁着人类社会的可持续发展,需要有效的策略来缓解这一现状㊂共轭聚合物光催化剂可作为一种314㊀燕山大学学报2023新兴光催化材料,近十年来,其在能源和环境领域的应用得到了进一步的优化和拓展㊂不仅如此,聚合物材料在电化学领域应用也较为广泛,聚合物材料用于电池领域,它可以有效地将电荷进行分离㊁储存,可作为可持续㊁环保的电池材料[73-75]㊂将聚合物材料作为正极材料进行实验,实验结果表明聚合物用作正极材料的电池能够表现出良好的电化学性能[76]㊂导电聚合物在构建电化学传感器方面具有潜在的应用前景,可用于相应的环境监测以及药物监测等领域[77-79]㊂聚合物材料对构建电化学传感器以及检测分析领域的研究发展起到了推动作用[80]㊂图13㊀石墨相氮化碳的改性Fig.13㊀Modification of g-C 3N 4本文综述了共轭聚合物光催化剂的显著特点及其在废水净化㊁水裂解和CO 2光还原等方面的研究进展㊂相比于传统的无机半导体光催化剂,共轭聚合物光催化剂的光催化性能更好[81],使用范围更广[82],能够有效地分解有机染料[83]㊁裂解水产氢[84]㊂但仍然存在着一些缺点和障碍,限制了共轭聚合物基材料作为光催化剂在光催化领域应用上大范围生产和使用㊂目前仍有待解决的问题及相应的解决策略可归纳为以下三个方面:1)共轭聚合物材料具有良好水分散性的纳米结构,具有降解能力㊂但共轭聚合物材料的催化活性较差,为了获得更好的催化活性,进一步的研究应致力于优化共轭聚合物的光物理性质,以提高对污染物的降解效率㊂2)共轭聚合物材料作为光催化剂在光催化析氢方向,其析氢速率远高于一般的金属基半导体光催化剂㊂然而,与传统过渡金属配合物相比,其应用的反应类型和底物范围仍然有限㊂因此,对于多相聚合物光催化剂,需要探索新的有机分子转化机理㊂3)迄今为止,用于光催化还原CO 2的共轭聚合物光催化剂较少,且该类材料的活性或稳定性相对较低㊂基于对CO 2减排的反应途径的不确定性和目标产物选择性的研究不够全面[74]㊂为了提高反应的催化活性,研究人员需要进一步地对该类材料在分子单元和聚集体单元结构上进行优化㊂由于共轭聚合物材料具有多种分子结构和易于调整的固有优势,开发用于各种光催化应用的共轭聚合物材料存在着无限的机会和挑战㊂随着科学的不断进步,预计共轭聚合物材料的关键创新将在光催化领域应用中发挥越来越重要的作用㊂参考文献1 BARBER J.Photosynthetic energy conversionnatural andartificial J .Chemical Society Reviews200938 1185-196.2 CARRILLO A J GONZALEZ-AFUILAR J ROMERO M et al.Solar energy on demanda review on high temperature.thermochemical heat storage systems and materials J .ChemicalReviews 2019 119 7 4777-4816.3 CHEN X SHEN S GUO Let al.Semiconductor-basedphotocatalytic hydrogen generation J .Chemical Reviews 2010110 11 6503-6570.4 HISATOMI T KUBOTA J DOMEN K.Recent advances insemiconductors for photocatalytic and photoelectrochemical water splitting J .Chemical Society Reviews 2014 43 227520-7535.5 WILLKOMM J ORCHARD K L REYNAL A et al.Dye-sensitised semiconductors modified with molecular catalysts for。
聚合物发光材料的研究现状与应用
聚合物发光材料的研究现状与应用近年来，聚合物发光材料作为一种新兴的发光材料，受到了广泛的关注和研究。
聚合物发光材料具有发光效率高、颜色可调节、化学稳定性好、制备工艺简单等优点，已经在LED、光电器件、生物医学等领域得到了广泛的应用。
本文将围绕聚合物发光材料的研究现状和应用进行探讨，分别从中心发光材料和边缘改性两个角度入手。
一、中心发光材料中心发光材料是指聚合物分子中主要的荧光发射中心在分子的中心部位。
目前对于中心发光材料，许多科学家研究了很多种的引发剂和共轭系统。
1.引发剂荧光引发剂是聚合物发光材料中诱导分子荧光发射的重要组成部分。
传统的荧光引发剂具有光敏化效应，没有实现荧光效率的提高，因此，研究人员引入了发光引发剂来提高荧光效率。
目前常用的发光引发剂包括重金属络合物、有机铜化合物、有机锇化合物等。
2.共轭系统共轭系统也是聚合物发光材料的重要组成部分。
共轭系统的长度和构型对发光效率有显著的影响。
常用的共轭链包括茚芒花烯、芴芒花烯、三环花烯等。
二、边缘改性边缘改性是指在聚合物发光材料的分子边缘引入一些边缘功能单元，使其在荧光性能上得到提高。
很多研究表明，边缘改性对聚合物发光材料的荧光性能具有重要的影响。
1.能量传递能量传递是边缘改性中的一个重要机制。
常用的能量传递边缘单元包括芳香酰胺、吡啶和嘧啶等。
2.旋转受阻与限制内部反转旋转受阻与限制内部反转也是聚合物发光材料的一种重要边缘改性机制。
常用的旋转受阻边缘单元包括苯及其衍生物、螺环苯衍生物、核花烯衍生物等。
三、应用聚合物发光材料在LED显示屏、生物医学和传感器等领域具有广泛的应用和发展前景。
1.LED显示屏聚合物发光材料被广泛应用于LED显示屏的制作中。
因其具有发光效率高、发光颜色可控等特点，能够满足各类设备制造中LED显示屏对颜色和亮度的要求。
2.生物医学聚合物发光材料在生物医学中有着广泛的应用。
比如，可以通过与核心释放的荧光染料结合来诊断肿瘤，陪伴并精确定位病灶，为病人提供更高效的治疗。
聚合物材料的荧光性能研究及应用探讨
聚合物材料的荧光性能研究及应用探讨近年来，聚合物材料的荧光性能在科技领域中备受瞩目。
其广泛应用于生物医学、材料化学和光电子学等领域，由于其稳定性、可控性、多样性以及可溶性等优点，在许多实际应用中具有很大的潜力。
本文将就聚合物材料的荧光性能研究及其经典应用进行探讨。
一、聚合物材料的荧光性能聚合物材料荧光性能中最关键的是发光效率和光稳定性。
随着人们对聚合物材料的深入认知，发光效率的提高和光稳定性的增强成为了研究的关键。
在聚合物材料中，有机聚合物最具代表性。
有机聚合物荧光性能受其电子结构影响，其发光机理主要为激发态分子减弱的轨道能级跃迁导致的辐射衰减和造成的电荷重组辐射，即有机发光。
有机聚合物的荧光强度与其振动和/或自旋相干耦合的可能性有关。
通常，高性能有机聚合物的荧光强度表现为较长的荧光寿命以及最小的外部/内部配合。
此外，化学结构和化学环境对荧光性能的影响是不同的。
通过适当的官能化反应可以调节聚合物材料的结构和荧光性能。
例如，添加氧原子会导致有机聚合物荧光红移，而在聚合物材料中的氮原子会促进振动相干耦合，从而提高荧光强度。
另外，通过调节聚合物材料中的杂原子含量和特殊结构，采用导电聚合物、共轭聚合物和线性聚合物等不同类型的聚合物材料，可以进一步改进其荧光性能。
二、典型应用聚合物材料的荧光性能具有广泛的应用前景，不仅可以用于生物成像，还可以应用于电致变色、光电转换和激光显示等领域。
下面，我们将重点探讨聚合物材料荧光性能在生物医学中的应用。
1. 生物成像生物成像广泛应用于医学诊断和治疗。
聚合物材料的荧光性能是实现此目的的最佳选择之一。
利用聚合物材料发出的荧光信号，可以在活体环境中确切地瞬时获取目标组织的建筑或运动信息，并进行连续监测。
此外，聚合物材料的生物相容性良好，不会引起身体的不良反应。
因此，聚合物材料是理想的生物成像工具。
例如，将聚合物材料标记到细胞特异性抗原上，可以实现对某些疾病的早期诊断、治疗和预防。
共轭配位聚合物
共轭配位聚合物全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：共轭配位聚合物是一类具有特殊结构和性质的高分子化合物，它们在配位作用下形成的长链结构具有共轭特性，表现出良好的电子传输性能和光电性能。
共轭配位聚合物在有机光电领域具有广泛的应用前景，被认为是一种有潜力的新型材料。
共轭配位聚合物的结构特点主要体现在其分子链上的配体和过渡金属离子的配位结合上。
配位键的形成使得分子链上的电子轻易扩散，形成共轭链结构，因此这类聚合物通常表现出较高的载流子迁移率和较低的电子能隙。
一些共轭配位聚合物还具有自组装性质，能够在溶液中自组装形成有序结构，有利于提高材料的性能。
共轭配位聚合物的合成方法多样，包括金属有机化学合成、还原-聚合反应、跨偶合反应等。
金属有机化学方法是较为常用的方法，通过金属离子和有机配体之间的配位反应，可以直接合成出具有共轭结构的聚合物。
而还原-聚合反应则是将含还原活性基团的单体与金属离子进行还原反应，生成含有金属-有机键的聚合物。
跨偶合反应则是通过金属催化将两个不同的单体进行偶合反应，生成具有跨链结构的聚合物。
共轭配位聚合物在有机光电领域具有广泛的应用，主要体现在有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机光电器件等方面。
有机太阳能电池是目前研究较为深入的领域之一，共轭配位聚合物作为其光电活性层材料，可以有效提高光电转化效率，并且具有较高的可调性和柔韧性。
共轭配位聚合物还可以作为有机场效应晶体管的载流子传输层材料，提高器件的性能稳定性和传输速度。
在有机光电器件方面，共轭配位聚合物也表现出优异的性能。
通过调控共轭聚合物的结构，可以实现器件的光电子转换效率的提高，同时还可以减少材料的成本和加工难度。
共轭配位聚合物还表现出在高电场下的稳定性好、溶液加工性好等优点，为有机光电器件的商业化应用提供了良好的基础。
第二篇示例：共轭配位聚合物是一种特殊的聚合物，其分子中含有共轭结构的配位基团。
这种聚合物具有许多独特的性质和应用潜力，因此吸引了广泛的研究兴趣。
共轭荧光聚合物
共轭荧光聚合物
结构：
1. 介绍
2. 共轭荧光聚合物
a. 合成方法
b. 特点
c. 应用
3. 结论
1. 介绍
共轭荧光聚合物是一种新型的可见光响应材料，可用于传感、显示、光学存储和新能源应用等领域。
其特有的结构和化学性质使其在激发吸收、荧光发射和光电特性方面有着独特的性能优势。
2. 共轭荧光聚合物
a. 合成方法
共轭荧光聚合物一般由聚合物及其衍生物的基质组成，这些基质可以用化学过程设计出不同的结构、电子结构和性质。
可以采用不同的化学方法进行合成，包括高分子聚合、水热反应、离子聚合等。
b. 特点
共轭荧光聚合物具有可调控的激发吸收波长、高的荧光增强效应、可调控的荧光发射波长、良好的空间分布以及良好的稳定性等优点。
c. 应用
共轭荧光聚合物的应用十分广泛，其中包括生物传感和成像技术、
可见光响应器件、高效微纳光子器件、强荧光材料、新型有机电致发光和太阳能电池等应用领域。
3. 结论
共轭荧光聚合物的特性使其在当今科技中的应用越来越广泛，它有望改变当今的科技发展，产生更大的科学和社会价值。
共轭聚合物半导体光催化材料的研制及构效关系研究
共轭聚合物半导体光催化材料的研制及构效关系研究一、引言半导体光催化材料作为一种具有巨大应用潜力的材料，在环境净化、水处理、能源转化等领域具有重要的应用价值。
共轭聚合物作为一类具有优异光催化性能的半导体材料，受到了广泛关注。
二、共轭聚合物半导体光催化材料的研制1.共轭聚合物的合成方法共轭聚合物的合成方法主要包括有机合成方法、自组装方法和生物合成方法。
2.共轭聚合物半导体的制备技术共轭聚合物半导体的制备技术包括溶液法、旋涂法、真空蒸发法、溅射法等。
3.光催化性能表征技术光催化性能的表征技术包括光电化学法、荧光光谱法、光致发光法等。
三、构效关系研究1.共轭聚合物的结构与光催化性能之间的关系共轭聚合物的结构对其光催化性能具有重要的影响，如共轭程度、材料的能带结构、电子传输性能等。
2.共轭聚合物半导体的表面修饰表面修饰能够有效地提高共轭聚合物的光催化性能，包括构建异质结、表面修饰、载体修饰等。
3.共轭聚合物半导体的载体材料不同的载体材料对共轭聚合物半导体的光催化性能有着显著的影响，如二维纳米材料、碳基材料等。
四、应用前景与挑战1.应用前景共轭聚合物半导体光催化材料在环境净化、水处理、能源转化等领域具有重要的应用前景。
2.技术挑战当前共轭聚合物半导体光催化材料还面临着光吸收效率低、电子传输效率低、稳定性差等技术挑战，需要进一步加强研究。
五、结论与展望共轭聚合物半导体光催化材料具有巨大的应用潜力，研究共轭聚合物的合成方法、制备技术以及构效关系对提高材料的光催化性能具有重要意义。
未来还需要加强在材料结构设计、表面修饰、载体材料选用等方面的研究，以进一步提高共轭聚合物半导体光催化材料的性能，推动其在环境和能源领域的广泛应用。
共轭导电聚合物电致发光元件的原理及进展
共轭导电聚合物电致发光元件的原理及进展张树永1,周伟舫1,李善君21复旦大学化学系电化学教研室,上海200433;2复旦大学高分子科学系及国家教委聚合物分子工程开放实验室,上海200433摘 要: 本文综述了共轭导电聚合物在电致发光元件中的应用,介绍了导电聚合物发光二极管和导电聚合物电化学发光电池的结构、发光原理及研究进展。
关键词: 共轭导电聚合物;发光二极管;电化学发光电池1 引 言随着人类社会进入信息时代,信息技术的发展愈来愈受到人们的关注。
信息的采集、加工、传输、储存与显示是信息技术的基础。
所谓信息显示即通过信息显示材料,将人眼看不到的电学信号转化为可见的光学信号的过程。
作为信息系统的输出端,信息显示是人们从信息系统中最终获取信息的必要手段和前提。
信息显示分为主动式显示和被动式显示。
在主动式显示中,像元本身由在某种形式的激发下可以产生光发射的发光材料制成。
如采用电场激发发光,则称该材料为电致发光材料。
电致发光器件通常包括高电压驱动的场致发光器件和由低电压驱动的发光二极管(l ight-emitting diode,LED)等[1]。
目前通常使用的半导体LED多采用无机半导体单晶、单晶薄膜或多孔硅及多晶材料作为发光材料。
为获得适宜的波长和量子效率,通常还需将直接带材料与间接带材料以适宜比例混合,普遍存在成品率低、成本高、难以制成大面积元件或稳定性差、发光效率低等问题。
由于LED可应用于一切需要显示的地方,它的发展与高密度显示屏、电视、移动电话、便携式电脑乃至光学计算机的发展均紧密相关,因此人们在改善LED的性能与寿命、开发新型LED材料与器件方面进行了不懈的努力[1～25]。
从70年代开始,人们先后制备了大量的共轭导电聚合物并对它们的结构与性能进行了广泛、深入的研究[6～10]。
共轭导电聚合物在本征态时通常是有机半导体,掺杂后其电导率会大幅度增加而显示金属导电性,并同时具有聚合物优良的成型加工性能,因此在替代无机半导体材料用于电子器件制作上显现出诱人的潜力,目前已制成导电聚合物光电二极管和场效应管等电子元件[10,11],与此同时,聚对苯乙炔(PPV,本文所涉及的导电聚合物的名称与结构均列于表1中)所具有的高量子产率的光致发光现象还促使人们将寻找电致发光材料的着眼点由无机或有机小分子材料[12～15]转向共轭导电聚合物领域。
新型共轭聚合物PFO-BT15发光二极管的电老化研究
样 的发光稳定 性 。 通过 老化实验我们发现 此聚合物 发光材
料 比以前文 献中发光材料 的光 电性 能和稳定性有了一定 的提
高［３ 这对 于今后的发光材料 的合成 提供了有用的信息 。 １， ４
１ 实验部分
实验 中所用 的有 机聚合物 电致发光器件是 由华南 理工大 学材 料学院 高分子光 电材料 及器件研究所 提供 的。器件结 构
为 Ｉ Ｏ 玻 璃／ 合 物 Ｐ Ｉ Ｔ 聚 Ｅ） ０Ｔ（ ２ ｍ）有 机 聚 合 物 Ｐ Ｏ－ １０ ａ ／ Ｆ
基金项 目： 国家教育部振兴计划项 目（ Ｏ ５ ４ 资助 Ａ １Ｏ） 作者简介 ： 秦 哲 ， ９１ １ ８ 年生 ， 南开大学物理科学学院光子学 中心在读博士研究生 ｅ ｉ ｑ ｚｅ ａ ｉ ｎ ｎ ａ ｅ ｕ ａ － ｌ ｉ ｈ ＠ｍ ｌ ａ ｋ ｉ ｄ ．ｎ ｍａ ： ｎ ． ．
引 言
作为新 一代显 示器件 ，聚合物 Ｌ Ｄ具 有很 大的发 展潜 Ｅ
机复合光 电导器 件［］ 一 种新 型发 光器 件 ， 的老 化 寿命 １是 。 它
问题 也有待 于研究 。所 以聚合物发光器 件要想达 到实际应 用
的 目标 所面临 的问题 还很 多 。
力［ 。目前聚合 物 发光 器 件要 解决 的 一个 问题 的是 寿命 问 １ ］ 题 。这个 问题 可能 由多种原 因引起 ， 是发 光材料韵 发光 寿 但 命是这个 问题 的关键 ， 这就 意味着材 料必须就 有很好 的稳 定
Hale Waihona Puke 定性也 有一定的差异 ， 以它们在器件点亮 过程 中表现 出不 所
一
领域必须满足 不 同的 寿命 要求 （ ０ １ ０ ） １０ ００ ０ｈ 。为 了提 高 ＯＥｓ Ｌ Ｄ 器件 的稳定 性从 而延 长器 件 的寿 命 ，常对 一 些不 同 材料 ， 同条 件下制备的器件样 品进行一 些有 目的的老化 试 不 验 ， 中分析影 响器件稳定性的 主要 因素 。在 此基 础上找 到 从 器件老化的机理 ，并提出可能有效 的解决 方案 ， 制出更 高 研 性能的器件 。 器 件的老化问题 每年 都有 很多 文章讨 论 。目前 共轭 聚合 物电致发光的研究 已由亮度颜 色的竞争过度到寿命 的竞 争 ，从相关文献 中我们归结 出聚合物发光器 件短寿命 的一些
共轭聚合物半导体材料
共轭聚合物半导体材料共轭聚合物半导体材料是一类具有广泛应用前景的新型材料。
它们以其独特的导电性能和光电特性在有机电子器件领域引起了广泛关注。
本文将从共轭聚合物半导体材料的定义、特性、应用和未来发展等方面进行详细介绍。
一、共轭聚合物半导体材料的定义共轭聚合物半导体材料是由含有共轭键的高分子化合物构成的一类有机半导体材料。
它们具有良好的电子传输性能和光电转换性能，可以在有机电子器件中充当电荷输运层或光吸收层。
共轭聚合物半导体材料通常由聚合物链和侧链构成，聚合物链上的共轭结构使电子在材料中形成连续的π电子共轭体系，从而实现电子的快速传输。
1. 高电子迁移率：共轭聚合物半导体材料具有较高的电子迁移率，可以实现高效的电子输运和载流子传输。
2. 宽带隙调控：通过合理设计共轭结构和引入不同的侧链基团，可以调控共轭聚合物半导体材料的能带结构和带隙大小，以实现对光电性能的调控。
3. 良好的溶解性和可加工性：共轭聚合物半导体材料通常具有较好的溶解性和可加工性，可以通过溶液法、真空蒸发等简单的工艺制备大面积、薄膜状的器件。
4. 高光学吸收系数：共轭聚合物半导体材料通常具有较高的光学吸收系数，可以实现高效的光吸收和光电转换。
三、共轭聚合物半导体材料的应用共轭聚合物半导体材料在有机电子器件领域具有广泛的应用前景，主要包括有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管等。
1. 有机太阳能电池：共轭聚合物半导体材料作为光吸收层和电子传输层，可以实现太阳能的高效转换和电子的迅速传输，具有良好的光电转换性能和稳定性。
2. 有机发光二极管：共轭聚合物半导体材料作为发光层，可以实现电子和空穴的复合并发光，具有高亮度和高效率的特点。
3. 有机场效应晶体管：共轭聚合物半导体材料作为载流子传输层，可以实现电子和空穴的快速传输和高效注入，具有高迁移率和低工作电压的特点。
四、共轭聚合物半导体材料的未来发展共轭聚合物半导体材料在有机电子器件领域已取得了显著的进展，但仍面临一些挑战。
共轭聚合物的合成及光电性能研究
共轭聚合物的合成及光电性能研究共轭聚合物是一类具有特殊结构和性质的高分子材料，具有良好的电导性和光电转换性能，近年来备受研究者的关注。
本文将着重介绍共轭聚合物的合成方法以及其在光电器件中的应用。
一、共轭聚合物的合成方法共轭聚合物的合成方法多种多样，其中最常用的方法是通过类似于传统高分子聚合反应的方法进行合成，例如有机合成中的Michael加成反应、Stille反应以及Grignard反应等。
这些合成方法具有简单、高效的特点，能够在较短时间内制备出高分子量的共轭聚合物。
另外，还有一些特殊的合成方法被用于制备具有特殊结构和性质的共轭聚合物。
例如，通过采用共价键连接的方法，可以将不同的单体单元连接在一起形成具有复杂结构的共轭聚合物。
此外，还可以利用自组装技术制备具有特殊形貌和功能的共轭聚合物。
二、共轭聚合物的光电转换性能共轭聚合物具有优异的光电转换性能，主要体现在光电导和光电转换两个方面。
在光电导方面，共轭聚合物的π电子共轭结构赋予其良好的电导性能。
通过合理调控共轭聚合物的化学结构，可以使其具有不同的电导率和导电类型。
例如，将共轭聚合物与电子受体或供体分子进行共价连接，可以改变其导电性能，并制备出具有高导电性能的共轭聚合物。
在光电转换方面，共轭聚合物的π电子共轭结构使其能够吸收和发射光线。
通过合适的共轭聚合物材料的设计和调控，可以制备出具有不同波长范围吸收和发射光线的材料。
这为共轭聚合物在光电器件中的应用提供了广阔的空间。
例如，共轭聚合物可以被用作有机太阳能电池材料，通过吸收光子并将其转化为电子，实现光电能的转换。
此外，共轭聚合物还可以用于有机光电器件、光电阻器件等领域。
三、共轭聚合物在光电器件中的应用共轭聚合物由于其良好的光电性能和可调性，被广泛应用于光电器件中。
1. 有机太阳能电池有机太阳能电池是一种基于共轭聚合物的光电器件，通过共轭聚合物材料的吸光和电荷传输来实现光电能的转换。
具有高效率的光吸收和电荷分离特性，可以用于制备柔性、轻薄、可弯曲的太阳能电池。
聚合物发光材料的合成与光学性能研究
聚合物发光材料的合成与光学性能研究一、引言聚合物发光材料是一类具有优异光学性能的新型材料，具有较高的荧光效率和较宽的发光光谱范围。
在电子显示、光电器件和生物成像等领域具有广阔的应用前景。
本文将探讨聚合物发光材料的合成方法和光学性能的研究。
二、合成方法聚合物发光材料的合成方法多种多样，包括聚合物化学修饰、共轭聚合物的合成和对聚合物进行掺杂等。
其中，聚合物化学修饰是一种常用的方法。
通过对聚合物结构进行修饰，使其在特定条件下能够发射特定波长的光。
例如，通过改变聚合物中的功能基团，可以调控其发光特性。
另外，共轭聚合物的合成也是一种常用的合成方法。
共轭聚合物具有大的π共轭体系，能够有效地储存和传输电子，从而提高其发光效率。
三、光学性能研究对于聚合物发光材料而言，光学性能的研究是非常关键的。
通过研究聚合物的光学性能，可以更好地了解其荧光发射机制和光致发光特性。
常用的研究方法包括荧光光谱分析、荧光寿命测量和荧光量子产率的测定等。
荧光光谱分析可以通过测量样品在不同波长下的发射光谱，来确定其发光特性和能带结构。
荧光寿命测量可以用于判断聚合物的发光机制和荧光寿命时间。
荧光量子产率的测定可以评估聚合物荧光发射的效率。
通过这些研究方法，可以更加全面地了解聚合物发光材料的光学性能。
四、应用前景聚合物发光材料具有广阔的应用前景。
在电子显示领域，聚合物发光材料可以用于制作高分辨率和高亮度的有机发光二极管(OLED)。
相比传统的无机发光材料，聚合物发光材料具有较低的制造成本和较高的制备灵活性，可以用于制作柔性显示器。
在光电器件领域，聚合物发光材料可用于制作柔性太阳能电池和有机激光器。
此外，聚合物发光材料还可以应用于生物成像领域，用于检测和治疗生物组织的疾病。
五、结论聚合物发光材料作为一类新型的发光材料，具有广泛的应用前景。
通过多种合成方法可以制备具有不同结构和性能的聚合物发光材料。
对聚合物发光材料的光学性能进行研究，有助于深入理解其发光机制和改进发光效率。
聚合物发光电化学池研究进展
ＭＴ Ｅｏ． Ｐ Ｐ Ｖ
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觯质 而制备 出 ，通 过在 电极两侧 分别 对聚 合物进 行 Ｐ和 ｎ掺杂 形 成 ｐｎ结 ，发 明了聚 合物 发光 电化学 池 。 －
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ｖｎ ｌｎ ） ｉｙｅ ｅ ，ＤＢ—ｌＢＴ Ｍ —Ｐ 和 ＢＤＭ０Ｓｃ ． ＴＥ Ｐ Ｖ 共 聚 物 ａｔ Ｅ Ｐ Ｖ — ．ｏＢ Ｍ— Ｐ
１ ．ｈｎ ｌ ｅ ｉ ｌ ｅ ＭＴ Ｏ Ｐ Ｖ ， 并制各 了单 组分 的 Ｐ Ｅ ， ． ｐｅｙｅ ｎ ｅ ） Ｅ —Ｐ １ ４ ｎｖ ｙｎ （ Ｌ Ｃ
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发光性液晶共轭聚合物的研究进展王国杰 李 敏3 陈欣方(吉林大学材料科学系 长春 130023)摘 要 综述了可用做发光材料的液晶共轭聚合物(LCCPs)的种类及其制备,介绍了LCCPs在制备发光器件中的取向方法,并对其光学性能进行了评述。
关键词 液晶聚合物 共轭聚合物 发光Abstract The development of liquid crystalline conjugated polymers(LCCPs)used as light emitting materials is reviewed.The synthesis and properties of electroluminescent LCCPs,and various techniques for orienting LCCPs arepresented.K ey w ords Liquid crystalline polymers,C onjugated polymers,Luminescence1990年Burroughes等[1]在Nature上首次报道了聚合物半导体聚苯撑乙烯(PPV)的电致发光性。
随后在1991年得到了Heeger等的进一步确证[2],从此,发光聚合物的研究在世界范围内广泛开展起来。
相对于无机和有机小分子发光材料,共轭聚合物发光材料具有以下特点[3]:有良好的成膜性及加工性、可通过旋涂、浇铸等方法制成大面积薄膜;共轭聚合物有优良的粘附性、机械强度及稳定性;其电子结构、发光颜色等通过化学结构的改变和修饰可进行调节;虽然,聚合物自身的电导率很低,但作发光层的膜非常薄(100nm),因此即使驱动电压很低,加在聚合物膜上的电场强度仍足以产生器件发光所需要的电流密度,从而消除了掺杂带来的结构不稳定性。
液晶共轭聚合物(LCCP)是近几年发展起来的一类新型的功能高分子[4～14],它兼有液晶聚合物和共轭聚合物的双重特性,集液晶性和发光性于一身。
与各向同性发光聚合物相比,LCCP具有独特的长程有序性、光学各向异性。
因而,可用于制备具有偏振发光性和发光视角可控的新型发光器件,并且其分子排列的各向异性可导致材料电荷传输的各向异性。
具有取向的发光聚合物发射的偏振光用做液晶显示(LC D)的背照明,可明显提高LC D的亮度、对比度、发光效率和视角等。
LCCP 在信息显示方面的应用前景和可观的实用价值,已经引起了科学界和工业界极大兴趣。
本文将综述这一类新型功能高分子的研究进展。
1 液晶共轭聚合物的合成与性质按照聚合物主链的不同,目前文献报道的液晶共轭聚合物可分为聚苯撑乙烯型、聚苯型、聚噻吩型、共聚噻吩型等四类。
图1给出了文献报道的液晶共轭聚合物的分子结构。
1.1 聚苯撑乙烯型二卤代苯与二烯苯通过Heck偶合反应可制备2,52二烷氧基聚苯撑乙烯[4](图1a)。
反式聚苯撑乙烯衍生物主链刚硬,侧链烷氧基柔韧,因而,在一定条件下呈现出向列液晶相。
此类LCCP的王国杰 男,28岁,博士,从事高分子化学与物理研究。
3联系人国家自然科学基金资助项目(29974013)2000201209收稿,2000205230修回熔点和清亮点都随侧链的增长而降低。
其在氯仿中的光致发光最大发射波长为550nm。
采用Heck 反应,Bao等[5]合成了一类含树枝状侧链的PPV衍生物(图1b)。
树枝状侧链的引入,不仅改进了PPV的加工性,同时减弱了PPV的聚集而提高了其光量子效率;另外,也赋予体系自组织性。
研究表明,该类衍生物呈热致和溶致双重液晶性。
Hadziioannou等[6]采用Witting反应合成了一种新型的聚苯撑乙烯齐聚物(图1c)。
它们在升温和降温过程中都呈现了向列相液晶的纹影织构,其在氯仿中的光致发光最大发射峰分别位于455nm和483nm。
G reiner和Wendorff等[7]通过缩聚反应制备了以对苯撑乙烯为介晶基元的聚酯(图1d)。
研究表明,它们在升温过程中呈现近晶A相。
当R为氢,R′为苯基,X为10时,此聚合物固态薄膜光致发光最大发射波长为447nm。
1.2 聚苯型Wegner等[8]通过Susuki偶合反应制备了具有纹影织构液晶相的2,52二烷基聚苯(图1e)。
采用Stille偶合反应Y u等[9]制备了具有液晶性的2,52烷氧基聚苯(图1f),烷氧基侧链长度直接影响着聚合物的熔点和清亮点,当碳原子个数小于16时,显示出液晶相。
Percec等[10]合成了以对氰基联苯单元为侧链的聚苯(图1g),呈现向列相。
Bradley等[11]采用Suzuki偶合反应合成了具有热致向列液晶性的聚(二辛基芴)(图1h),其薄膜的紫外最大吸收波长为390nm,光致发光的最大发射峰位于蓝光位置(450nm)。
Chen等[12]以对氰基联苯和胆甾基为液晶基元制备了向列相和胆甾相的聚苯液晶均聚物和共聚物(图1i),共聚物薄膜的光致发光最大发射波长为400nm。
1.3 聚噻吩型Chen等[12]除合成了以对氰基联苯和胆甾基为液晶基元的聚苯外,还制备了具有相似结构的聚噻吩类均聚物和共聚物(图1j),呈现向列型和胆甾型液晶相。
主链共轭噻吩在溶液中的最大吸收波长约为415nm,其薄膜的光致发光最大发射波长约为580nm。
R oncali等[13]以对氰基联苯液晶基元为侧链的噻吩为单体,用电化学的方法合成了具有液晶性的共轭聚噻吩。
图1 液晶共轭聚合物的分子结构1.4 共聚噻吩型通过Stille偶合反应[9]可制得聚(2,52二烷氧基21,42苯22,52噻吩)(图1k)。
此类聚合物可熔融,在偏光显微镜下,可观测到向列相纹影织构,侧链长度是影响其液晶性的关键,聚合物的熔点和清亮点都随侧链碳原子个数的增加而降低。
K oide等[14]采用带液晶基元的二溴代噻吩与二乙烯基苯反应制得了侧链型液晶聚(二乙烯苯2噻吩)衍生物(图1l)。
在偏光显微镜下可观测到向列相织构,并且液晶态———各向同性态相转变温度较低(4a为77℃,4b为88℃)。
聚合物共轭主链在溶液中的最大吸收波长为407nm,薄膜态时为448nm。
2 发光聚合物的取向控制技术发光聚合物作为π2π3共轭聚合物是准一维的导电体系,其导电性是载流子在主链中的传递及在链间跃迁或隧道效应总和的宏观表现。
链取向控制,实际上就是增加共轭链在取向方向上的长度,降低电荷传递中所需的能量,增加电荷的离域性。
因此,链高度取向的共轭聚合物在平行于取向方向上的导电率会升高,而垂直于取向方向上的导电率下降。
一般共轭聚合物的链取向控制技术主要有[15]:外场(力,磁,电场)作用下聚合物链取向;外场使聚合物单体预取向后,聚合成取向链结构;LB技术制备超薄取向膜;嵌入层状或微孔无机体技术。
目前,获得共轭聚合物偏振发光而采用的取向控制技术主要有:(1)取向的聚酰亚胺诱导LCCP取向;(2)外力拉伸取向;(3)LB技术。
2.1 取向的聚酰亚胺(PI)诱导LCCP取向取向的PI被广泛用于LC D,其作用是诱导液晶盒中的液晶取向,该方法同样被用于LCCP的取向。
首先,聚酰亚胺预聚物溶液被旋涂在IT O玻璃上,经干燥、固化,形成不溶不熔的PI膜。
用尼龙布磨擦PI膜取向。
LCCP旋涂在取向的PI膜上,在LCCP玻璃化温度以上淬火一定时间,便得到了取向的LCCP。
采用这种取向方法,Wendorff等[7]以聚苯撑乙烯共轭链段与烷基相间的聚酯(图1d,R为氢,R′为苯基)为液晶发光材料,实现了该类材料的光致偏振发光。
采用同样的取向方法, Bradley等[11]研究了向列型聚芴的光致偏振发光性。
其薄膜紫外偏振吸收光谱和光致偏振发光光谱如图2(a,b)所示。
最大吸收波长为384nm,二向色率为6.6,光致发光的最大发射峰位处于蓝光位置(450nm),二向色率约为10。
图2 取向聚(二辛基芴)薄膜的偏振紫外吸收光谱(a)和偏振光致发光光谱(b)○表示偏振方向与摩擦方向平行得到的数据,△表示偏振方向与摩擦方向垂直得到的数据,激发波长为420nm[11] 聚酰亚胺诱导LCCP取向,具有操作简便的特点,已被广泛用于LCCP光致发光材料的取向,但PI具有绝缘性,它不适于电致发光材料的取向。
2.2 外力拉伸取向超高分子量聚乙烯(UH MW2PE)经溶液浇铸成膜,其拉伸比高达200倍以上。
以共轭聚合物为客体,UH MW2PE为主体,通过拉伸主体UH MW2PE,可实现共轭聚合物的取向。
Heeger[16]和Weder[17]等分别研究了聚苯撑乙烯(PPV)和聚苯撑乙炔(PPE)与超高分子量聚乙烯共混物的拉伸取向行为。
结果表明,随共混物拉伸比的增大,共轭聚合物的紫外吸收和光致发光二向色率均增大。
Heeger认为共轭聚合物是靠其在主体UH MW2PE中的外延生长而取向的。
Weder则认为主客体存在相分离,通过拉伸,共轭聚合物客体能以分子水平分散在UH MW2PE主体之中而被拉伸取向。
1995年,Inganas等[18]首次报道了共轭聚合物的偏振电致发光行为。
他们用聚噻吩的氯仿溶液旋涂在超高分子量聚乙烯膜上,拉伸取向,同时在IT O玻璃上旋涂一层聚噻吩,然后把取向的聚噻吩转移到未取向的聚噻吩上,最后蒸镀钙镁电极,从而制备了取向聚合物作为发光层的电致发光器件,其电致发光的二向色率可达到3.1。
聚合物拉伸取向可得到较大的各向异性,但对于电致发光器件,由于工序较复杂,其应用受到一定限制。
2.3 LB技术LB技术是实现化合物或聚合物在分子水平上有序排列的一种重要组装手段。
Neher等[19]研究了聚(二戊烷氧基苯)LB膜的电致发光和光致发光行为,二向色率均大于3。
以柔性烷烃为侧链的聚噻吩LB膜[20]紫外吸收的二向色率为1.8,电致发光的二向色率为1.3。
目前,关于共轭聚合物的光致偏振发光报道较多,而电致偏振发光的报道较少。
共轭聚合物的取向技术是制约其电致偏振发光的关键。
除了以上几种取向方法,还可考虑通过电场、磁场或光的作用,对其进行取向,从而实现偏振发光。
3 展望液晶共轭聚合物(LCCP)是集液晶性和发光性于一身的一种新型功能材料。
其独特的长程有序性可大大改善材料的电荷传输性能、提高发光效率、控制发射光的偏振态,因而,在液晶背照明领域具有重要的应用价值。
目前,对LCCP的研究尚处于初级阶段:一方面,关于LCCP液晶性、发光性与其结构的相关性研究亟待深入,这方面的研究不仅可以加深人们对液晶态的结构本质及聚合物发光机制的认识,同时可以为该材料的分子设计提供理论指导;另一方面,设计具有优良性能的LCCP材料及寻求适合于制作光致、电致偏振发光器件的取向技术,以提高LCCP的取向度,改善发光器件结构以达到高亮度、高效率的全色显示等将成为人们研究的热点和追求的目标。